Wraz z degradacją środowiska morskiego – zanieczyszczaniem wód morskich odpadami oraz ich eutrofizacją poprzez spływy azotanów i fosforanów pochodzących z nawozów sztucznych, coraz większym problemem ocieplania się wód oceanicznych i ich zakwaszenia, również poważnym problemem jest ich odtlenianie, czyli powiększanie się stref beztlenowych w oceanach świata.
Denise Breitburg z Centrum Badań Środowiska Smithsonian w Edgewater, w USA, wraz ze swoimi współpracownikami, pisze następująco 1:
Globalne ocieplenie spowodowane gazami cieplarnianymi jest prawdopodobnie ostateczną przyczyną trwającej dezoksygenacji w wielu częściach otwartego oceanu. W przypadku górnego oceanu w latach 1958–2015 zawartość tlenu i ciepła jest silnie skorelowana z gwałtownym wzrostem zarówno dezoksygenacji, jak i zawartości ciepła w oceanie, począwszy od połowy lat 80. XX wieku.
Badanie to zostało przeprowadzone przez zespół naukowców z Globalnej Sieci Tlenu Oceanicznego (GO2NE – Global Ocean Oxygen Network), nowej grupy roboczej utworzonej w 2016 r. przez Międzyrządową Komisję Oceanograficzną ONZ. Jest ono jednym z pierwszych badań wnikliwie badających przyczyny i skutki odtleniania oceanów.
Naukowcy piszą:
Potrzebne są ulepszone modele numeryczne procesów oceanograficznych, które kontrolują ubytek tlenu i wielkoskalowy wpływ zmienionych cykli biogeochemicznych, aby lepiej przewidywać wielkość i wzorce przestrzenne odtleniania na otwartym oceanie, a także sprzężenia zwrotne z klimatem. Opracowanie i weryfikacja kolejnej generacji tych modeli będą wymagały wzmożonych obserwacji in situ i lepszego zrozumienia mechanizmów w różnych skalach.
Autorzy powyższej pracy zauważyli w swoich wynikach badań, że w takich obszarach morskich jak Zatoka Chesapeake i Zatoka Meksykańska, poziom tlenu spada do tak niskiego poziomu, że wiele zwierząt dusi się i umiera. Gdy jednak mimo wszystko ryby unikają tych stref, ich siedliska kurczą się, a wtedy stają się te ryby bardziej podatne na drapieżniki lub połowy przez ludzi.
—
Rys.1. Niskie i malejące poziomy tlenu w otwartym oceanie i wodach przybrzeżnych wpływają na procesy, od biogeochemii po bezpieczeństwo żywnościowe (Denise Breitburg i inni, 2018).
—
Mapa globalna wskazuje obszary przybrzeżne, w których antropogeniczne składniki odżywcze zaostrzyły lub spowodowały spadek O2 do < 2 mg litra/rok (< 63 μmol litra/rok) (czerwone kropki), a także strefy o minimalnej zawartości tlenu w oceanach na głębokości 300 m ( regiony zacieniowane na niebiesko).
Mapa stworzona na podstawie danych dostarczonych przez R. Diaza, zaktualizowana przez członków sieci GO2NE i pobrana ze Światowego Atlasu Oceanu (World Ocean Atlas) w 2009 r.
Bardzo silny spadek tlenu w wodach oceanicznych przyczynia się również do spadku reprodukcji wielu gatunków morskich, częstych chorób, a nawet śmierci wielu osobników mniej przystosowanych do tak zmiennych warunków oksydacyjnych. Grozi to też uwalnianiem się szkodliwego dla organizmów podtlenku azotu, którego molekuła ma 300 razy silniejszy potencjał cieplarniany niż dwutlenku węgla. Ponadto powstaje równie bardzo niebezpieczny, toksyczny gaz – siarkowodór.
Zmiana klimatu ma wpływ na odtlenianie wód oceanicznych, głównie na otwartym oceanie, gdzie największe stężenie tlenu jest w powierzchniowej warstwie, a najmniejsze w głębinach, zwłaszcza na dnie, gdzie też właśnie najczęściej powstają martwe strefy oceaniczne i morskie. Z kolei w wodach przybrzeżnych, duży wpływ ma działalność gospodarcza, zwłaszcza spuszczanie do rzek nawozów sztucznych, np. azotanów i fosforanów, które gdy trafią do oceanu czy morza, powodują silne zakwity glonów oraz toksycznych sinic.
Również odtlenianie oceanów uderza mocno w gospodarkę opartą na rybołówstwie. Tam gdzie powstają martwe strefy oceaniczne i morskie, tam spada produkcja ryb i „owoców morza”, czyli bezkręgowców morskich, takich jak np. popularne w Stanach Zjednoczonych krewetki czy w południowej Europie homary.
Zdaniem naukowców, potrzebne są bardziej skuteczne działania profilaktyczne: zdrowotne, sanitarne, epidemiologiczne, a także środowiskowe oraz konieczne są działania mitygacyjne i adaptycyjne przeciw zmianom klimatu.
—
Według wyników badań, oceanografów: Matthew Longa z Narodowego Centrum Badań Atmosferycznych w Boulder, w Kolorado, Curtisa Deutcha ze Szkoły Oceanografii na Uniwersytecie Waszyngtońskim w Seattle oraz Taki Ito z Wydziału Nauki o Ziemi i Atmosferze w Instytucie Technologii Georgia w Atlancie, coraz cieplejsze oceany i morza powodują ich stratyfikację utrudniającą mieszanie i dopływ tlenu, dwutlenku węgla, tlenu i innych składników pokarmowych do głębszych warstw oceanu dla wielu głębinowych organizmów morskich, co skutkuje ich odtlenianiem. A dzieje się tak dlatego, że od powierzchni morza ku większym głębokościom rośnie gradient gęstości wody, właśnie gdy one coraz słabiej mieszają się pod wpływem coraz wyższego wzrostu temperatury 2.
Badacze swoje spostrzeżenia naukowe oparli na symulacji komputerowej Dużego Zestawu Modelu Systemu Ziemskiego Klimatu (CESM-LE – Community Earth System Model Large Ensemble) opartego na Narodowym Centrum Badań Atmosfery (NCAR – National Center for Atmospheric Research), sfinansowanego przez Narodową Fundację Nauki i Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych.
Zgodnie z prawem Henry’ego, z każdym wzrostem temperatury wód oceanicznych maleje w nich rozpuszczalność wszystkich gazów, takich jak: dwutlenek węgla i tlen. Ponadto zmniejsza się gęstość wód powierzchniowych pod wpływem ich ocieplania. W sumie stratyfikacja powodująca hamowanie mieszania wód i transportu dwutlenku węgla i tlenu do głębszych warstw wód oceanicznych sprawia, że te gazy w dużej ilości kumulują się najsilniej w nagrzewanych przypowierzchniowych warstwach wód oceanów. W szczególności, gdy już w niektórych rejonach oceanicznych nastąpiło przesycenie dwutlenkiem węgla w uwarstwionych wodach powierzchniowych, może on więcej się wydzielać do atmosfery niż być pochłanianym z niej przez oceany.
—
Rys.2. Średnie roczne stężenie tlenu rozpuszczonego na powierzchni o gęstości potencjalnej σ θ =26,5. (góra) Średnia zespołowa na podstawie modelu CESM-LE z lat 1981–2000; (na dole) Optymalnie interpolowana średnia roczna klimatologia z Atlasu Oceanów Świata (WOA – World Ocean Atlas), 2013 [ Garcia et al. , 2014 ].
—
Andreas Oschlies, naukowiec pracujący w instytucie oceanicznym Centrum Badań Oceanu – Helmholtz (Helmholtz Center for Ocean Research) GEOMAR w Kilonii, zauważa na podstawie symulacji Modelu Systemu Ziemskiego Klimatu z Uniwersytetu w Victorii, że nawet zatrzymanie emisji gazów cieplarnianych do atmosfery nie powstrzyma, nie tylko dalszego ocieplania się wód oceanicznych, ale i także ich odtleniania, zwłaszcza na ich większych głębokościach, z powodu zwiększającej się stratyfikacji hamującej transport pionowy tlenu i dwutlenku węgla, zarówno z powierzchni oceanów w głębiny, jak i z głębin ku powierzchni oceanów 3.
W szczególności groźne jest odtlenianie o czym pisze autor we wspomnianym artykule. Wskaźnik metaboliczny pokazuje nawet 25% spadku zawartości tlenu w głębinach oceanów poniżej 2000 metrów, co oczywiście już wpływa bardzo niekorzystnie na będącą tam faunę pelagiczną i bentosową.
Oschlies tłumaczy, że każda utrata objętości tlenu w wodzie wiąże się z utratą danych siedlisk morskich oraz redukcją populacji gatunków w morzach i oceanach. W szczególności najsilniej narażone są gatunki z większych głębokości.
I co bardzo istotne, autor podkreśla w swoje pracy, że wprawdzie tempo spadku tlenu nie jest tak duże, bo wynosi około 5 mmol m– 3 na 100 lat do roku 2650, ale zgodnie z symulacją komputerową modelu systemu Ziemi w wersji 2.8 (ESM – Earth System Model, version 2.8), pochodzącego z Uniwersytetu Victorii, w szczególności w głębinach oceanicznych, najprawdopodobniej odtlenianie oceanów jest już nieuniknione, nawet jeśli emisje dwutlenku węgla zostałyby całkowicie zatrzymane pod koniec 2020 r.
Symulacje zostały przeprowadzone w okresie od czasów przedindustrialnych w 1800 roku, poprzez współczesne w 2020 roku, do czasów wybiegających daleko w przyszłość do 2650 roku.
Profesor Oschlies w serwisie Science Daily wyjaśnił 4:
W badaniu wykorzystano model systemu Ziemi do oceny tego, co w dłuższej perspektywie stanie się w oceanie, jeśli wszystkie emisje CO2 zostaną natychmiast zatrzymane.
Wyniki pokazują, że nawet w tym ekstremalnym scenariuszu ubytek tlenu będzie trwał przez wieki, ponad czterokrotnie zwiększając utratę tlenu, jaką do tej pory widzieliśmy w oceanie.
—
Referencje:
- Breitburg D. et al., 2018 ; Declining oxygen in the global ocean and coastal waters ; Science ; https://www.science.org/doi/10.1126/science.aam7240
- Long M. C. et al., 2016 ; Finding forced trends in oceanic oxygen ; Global Biogeochemical Cycles ; https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2015GB005310
- Oschlies A., 2020 ; A committed fourfold increase in ocean oxygen loss ; Nature Communications ; https://www.nature.com/articles/s41467-021-22584-4
- Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel (GEOMAR), 2020 ; Long-term consequences of CO2 emissions ; Science Daily ; https://www.sciencedaily.com/releases/2021/04/210416120005.htm