Wraz z degradacją środowiska morskiego przez ludzi powodujących zanieczyszczanie wód morskich odpadami oraz ich eutrofizację poprzez spływy azotanów i fosforanów pochodzących z nawozów sztucznych, coraz większym problemem ocieplania się klimatu jest obok ich zakwaszenia, także ich odtlenianie, czyli powiększanie się stref beztlenowych w oceanach świata.
W opublikowanej w Science pracy z 5 stycznia 2018 roku „Declining oxygen in the global ocean and coastal waters” [„Zmniejszający się poziom tlenu w oceanach i wodach przybrzeżnych na świecie”], Denise Breitburg z Centrum Badań Środowiska Smithsonian w Edgewater, w USA, ze swoimi współpracownikami piszą następująco:
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 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 będzie wymagało wzmożonych obserwacji in situ i lepszego zrozumienia mechanizmów w różnych skalach.
—-
Rys.1. Niskie i malejące poziomy tlenu w otwartym oceanie i wodach przybrzeżnych wpływają na procesy, od biogeochemii po bezpieczeństwo żywnościowe.
Mapa globalna wskazuje obszary przybrzeżne, w których antropogeniczne składniki odżywcze zaostrzyły lub spowodowały spadek O2 do <2 mg litra −1 (<63 μmol litra ^−1 ) (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 GO 2 NE i pobrana z World Ocean Atlas 2009].
—-
Autorzy pracy niniejszej 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.
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 bardzo silnie 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 adaptacyjne 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, zamieszczonych 10 lutego 2016 roku, w czasopiśmie Global Biogeochemical Cycles, w pracy „Finding forced trends in oceanic oxygen” [„Znalezienie wymuszonych trendów tlenu oceanicznego”], 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.
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 Departament Energii Stanów Zjednoczonych.
—-
Rys.2. Szeregi czasowe średniej rocznej globalnej inwentaryzacji rozpuszczonego O2 w eksperymencie CESM Large Ensemble. Jasnoszara linia pokazuje kontrolę 1850 roku bez korekcji dryfu; ciemnoszara linia jest kontrolą 1850 roku po usunięciu trendu liniowego związanego z dryfem modelu. Czarna linia oznacza element zespołu 1, a kolorowe linie pokazują pozostałe elementy zespołu; wszystkie szeregi czasowe związane z integracjami przejściowymi zostały skorygowane pod kątem dryftu liniowego w kontroli od 1850 roku.
—-
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 w najsilniej nagrzewanych przypowierzchniowych warstwach 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.
—-
W pracy z 16 kwietnia 2020 roku „A committed fourfold increase in ocean oxygen loss” [„Czterokrotny wzrost utraty tlenu w oceanie”], zamieszczonej w Nature Communications, naukowiec pracujący w instytucie oceanicznym Helmholtz Center for Ocean Research GEOMAR w Kilonii, Andreas Oschlies zauważa na podstawie symulacji Modelu Systemu Ziemskiego Klimatu z Uniwersytetu w Victorii, że nawet zatrzymanie emisji gazów cieplarnianych do atmosfery nie powstrzyma dalszego ocieplania się klimatu, w tym wód oceanicznych oraz ich odtleniania, zwłaszcza na ich większych głębokościach, z powodu zwiększającej się stratyfikacji hamującej transport pionowy tlenu i dwutlenku węgla z powierzchni oceanów w głębiny oraz w odwrotnym kierunku składników odżywczych z głębin ku powierzchni oceanów.
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.
Profesor Oschlies wyjaśnia:
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.
—-
W
—-
W
—-
W