W drugiej połowie XVIII wieku, wraz z pierwszym spalaniem paliw kopalnych, emisjami gazów cieplarnianych, początkowo dwutlenku węgla, do atmosfery oraz pierwszym przyrostem w niej stężenia tego gazu, również zaczął on pojawiać się w oceanach.
Wprawdzie oceany, tak jak i lądy, mniej więcej w naturalnych procesach tyle samo emitują co absorbują dwutlenku węgla, ale od uruchomienia pierwszych manufaktur opalających węgiel w Wielkiej Brytanii również stężenie tego gazu zaczęło powoli wzrastać w oceanach. Ale temperatura w największych akwenach wodnych Ziemi dopiero zaczęła tak naprawdę rosnąć od lat 70 XX wieku.
Jak czytamy już w 2006 roku w pracy naukowej „Carbon Dioxide and Our Ocean Legacy„ [„Dwutlenek węgla i nasze dziedzictwo oceanu„], opublikowanej w instytucji naukowej NOAA Pacific Marine Environment Laboratory przez badaczy zakwaszenia oceanów, Richarda Feely’ego, Christophera Sabine i Victorię Fabry, od początku ery przemysłowej ocean wchłonął z atmosfery około 525 miliardów ton CO2, a więc, w 2006 roku około 22 milionów ton dziennie. Na łamach serwisu Smithsonian Institution czytamy:
Początkowo naukowcy myśleli, że może to być dobre rozwiązanie, ponieważ pozostawia mniej dwutlenku węgla w powietrzu, aby ogrzać planetę. Ale w ostatniej dekadzie zdali sobie sprawę, że to spowolnione ocieplenie odbywa się kosztem zmiany chemii oceanu. Kiedy dwutlenek węgla rozpuszcza się w wodzie morskiej, woda staje się bardziej kwaśna, a stężenie (pH) oceanu (miara kwasowości lub zasadowości oceanu) spada. Chociaż ocean jest ogromny, wystarczająca ilość dwutlenku węgla może mieć duży wpływ. Tylko w ciągu ostatnich 200 lat woda w oceanie stała się o 30 procent bardziej kwaśna – szybciej niż jakakolwiek znana zmiana chemiczna oceanu w ciągu ostatnich 50 milionów lat.
—–
Jeden z najważniejszych eksperymentów badania wpływu zakwaszenia oceanu (AO – Acidification Ocean) na gatunki oceaniczne i morskie, Mesocosm, został przeprowadzony w pelagialu u wybrzeży Norwegii w 2015 r. Projektem tym kierował profesor Biologicznej Oceanografii Ulf Riebesell, pracujący w GEOMAR -Centrum Badań Oceanicznych im. Helmholtza w Kilonii.
Badania przeprowadzone zostały w ośmiu mezokosmach o pojemności 55 000 litrów każdy (w eksperymentalnych zbiornikach wodnych umieszczonych w morzu lub w oceanie) przez 36 badaczy, którzy przez 50 dni pobierali próbki.
Projekt ten pokazuje, że kluczowe gatunki w skali globalnej o strukturze wapiennej jak glon Emiliania huxleyi czy zwierzę bezkręgowe – mięczak, pteropod, czyli morski ślimak skrzydłonogi Limacina helicina, będą głównymi przegranymi.
Wspomniany glon Emiliania huxleyi odgrywa dwie ważne role klimatyczne. Po pierwsze, transportuje węgiel w głębiny oceaniczne opadając po śmierci, a więc, łagodzi klimat. A po drugie, wytwarza chłodny i jasny gaz aerozolowy – dimetylek siarczku (DMS), dzięki czemu chmury bieleją, głównie stratocumulusy nad oceanami, i silnie odbijają w przestrzeń kosmiczną promienie słoneczne, a więc, dzięki temu ochładza klimat. Z kolei ślimak skrzydłonogi Limacina helicina jest bardzo ważnym ogniwem w sieci troficznej, służącym jako pokarm dla wielu ryb i morskich ssaków i ptaków. Gdy go zabraknie w ekosystemie pelagicznego planktonu, to łańcuchy i sieci pokarmowe po prostu załamią się i może dojść do katastrofy ekologicznej. Mięczak ten jest uzależniony od wysokiego nasycenia wód pelagicznych aragonitem.
—-
Fot.1. Skaningowa mikrografia elektronowa pojedynczej komórki Emiliania huxleyi
—-
Fot.2. Żywy osobnik Limacina helicina
—-
Do zwycięzców należą gatunki niewapienne – pikoplanktonowe jak bakterie, a wśród bezkręgowych zwierząt, megaplanktonowe osłonice Oicopleura doica, a także z pewnością wiele innych o galaretowatym kształcie zwierząt jak inne gatunki osłonic czy też wiele gatunków meduz.
Swoje spostrzeżenia i uwagi, względem newralgicznego gatunku pelagicznego Emiliania huxleyi, Ulf Riebesell wraz ze swoimi współpracownikami przedstawił 12 grudnia 2016 roku na łamach Nature Geoscience, w artykule „Competitive fitness of a predominant pelagic calcifier impaired by ocean acidification” [„Zdolność konkurencyjna dominującego wapiennego organizmu pelagicznego upośledzona przez zakwaszenie oceanów”].
—-
Fot.3. Mezokosmy na Svalbardzie. Naukowcy pobierają próbkę wody z mezokosmu. Fot. Maike Nicolai, GEOMAR
—-
Kunshan Gao z Państwowego Kluczowego Laboratorium Nauk o Środowisku Morskim i Wyższej Szkoły Nauk o Oceanie i Ziemi na Uniwersytecie w Xiamen w Chinach, wraz ze swoim zespołem badawczym na wstępie pracy z 2019 roku „Effects of Ocean Acidification on Marine Photosynthetic Organisms Under the Concurrent Influences of Warming, UV Radiation, and Deoxygenation” [„Wpływ zakwaszenia oceanu na morskie organizmy fotosyntetyczne pod wpływem jednoczesnego ocieplenia, promieniowania UV i odtlenienia”], we Frontier Sin piszą:
Oceany pobierają ponad 1 milion ton antropogenicznego CO2 na godzinę, zwiększając poziom ciśnienia parcjalnego rozpuszczonego dwutlenku węgla (pCO2) i obniżając stężenie (pH) wody morskiej w procesie zwanym zakwaszeniem oceanów (OA – Ocean Acidification). Jednocześnie cieplarniane ocieplenie powierzchni oceanu powoduje zwiększone rozwarstwienie warstw mieszanych, narażając żyjące tam organizmy fotosyntetyczne na zwiększone promieniowanie widzialne i ultrafioletowe (UV), a także na zmniejszoną podaż składników odżywczych. Ponadto ocieplenie oceanów i eutrofizacja antropogeniczna zmniejszają stężenie rozpuszczonego O2 w wodzie morskiej, przyczyniając się do rozprzestrzeniania się stref niedotlenienia.
Naukowcy ci zauważyli, że promieniowanie słoneczne ultrafioletowe oraz / lub podwyższona temperatura wyraźnie powodują zmniejszenie zwapnienia pośród glonów wapiennych. Natomiast u okrzemek został stwierdzony większy ich wzrost przy podwyższonym poziomie CO2, ale i przy niewielkim nasłonecznieniu. Jednak zbyt intensywne światło słoneczne hamuje rozwój tych glonów krzemianowych.
Z kolei, Catriona Hurd w pracy zespołowej z 2018 roku „Current understanding and challenges for oceans in a higher-CO2 world” [„Aktualny zrozumienie i wyzwania dla oceanów w wyższym światowym stężeniu CO2”] mówi:
Zakwaszenie oceanów jest zjawiskiem globalnym, ale nakłada się na nie wyraźna zmienność regionalna modulowana przez lokalną fizykę, chemię i biologię. Uznanie jego wielopłaszczyznowego charakteru i współdziałania zakwaszenia z innymi czynnikami wpływającymi na ocean doprowadziło do międzynarodowych i regionalnych inicjatyw mających na celu ustanowienie sieci obserwacyjnych i opracowanie ujednolicających zasad reakcji biologicznych. Rośnie świadomość zagrożenia, jakie stanowi zakwaszenie oceanów dla usług ekosystemowych, a konsekwencje społeczno-gospodarcze stają się coraz bardziej widoczne i wymierne. W świecie o wyższym poziomie emisji CO2 przyszłe wyzwania obejmują lepsze projektowanie i rygorystyczne testy opcji adaptacyjnych, łagodzących i interwencyjnych, aby zrównoważyć skutki zakwaszenia oceanów w skali od lokalnej do regionalnej.
—-