Loftslag.is

Tag: Vistkerfi

  • Könguló eykur útbreiðslu sína í Bandaríkjunum

    Könguló eykur útbreiðslu sína í Bandaríkjunum

    Fiðlukönguló, Loxosceles reclusa

    Sú könguló sem hvað flestir óttast í Norður Ameríku gæti aukið útbreiðslu sína við komandi loftslagsbreytingar samkvæmt nýrri rannsókn.

    Það er fiðlukönguló (e. Brown recluse spider – La. Loxosceles reclusa). Þessi könguló er almennt séð talin meinlaus, en ef henni er ógnað þá getur hún bitið fólk með öflugu eitri sem valdið getur djúpu og sársaukafullu sári eða svörtu drepi.

    Þess konar drep er ekki auðvelt að greina og læknar rugla þessu drepi oft saman við nokkrar tegundir krabbameina og Lyme sjúkdóminn (e. lyme disease).  Til að minnka líkur á að rangt sé greint er nauðsynlegt að þekkja útbreiðslu köngulónnar og hugsanlegar breytingar á útbreiðslu hennar.

    Til að skoða það, þá notuðu Saupe o.fl 2011 kortlagningatækni sem notuð er til að spá fyrir um breytingar í vistkerfum. Notaðar voru sviðsmyndir um loftslag framtíðar og borið saman við útbreiðslu köngulónnar í miðvestan og sunnanverðum Bandaríkjunum. Niðurstaða þeirrar rannsóknar er að útbreiðsla hennar gæti aukist til norðurs og á svæði sem áður hafa verið laus við köngulónna.

    Niðurstaða rannsóknarinnar sýnir mögulegar neikvæðar afleiðingar loftslagsbreytingar á menn og mun hjálpa læknum að fylgjast með því hvar líklegast sé að sár og drep geti verið vegna bits fiðluköngulónnar.

    Heimildir og ítarefni

    Umfjöllun um greinina á heimasíðu háskólans í Kansas: Brown Recluse Range Could Expand

    Greinina má finna í PLoS ONE og er eftir Saupe o.fl. 2011: Tracking a Medically Important Spider: Climate Change, Ecological Niche Modeling, and the Brown Recluse (Loxosceles reclusa)

    Tengt efni á loftslag.is

  • Ted | Myndskeið af hreyfingu jökla

    Ted | Myndskeið af hreyfingu jökla

    Sólheimajökull

    Endurbirting

    Í þessu myndbandi frá TED, sýnir ljósmyndarinn James Balog okkur myndskeið frá Extreme Ice Survey verkefninu, sem er net tímastilltra myndavéla sem taka upp hreyfingu jökla. Flestir jöklar eru að hopa og hop þeirra er talið vera skýrt merki um yfirstandandi loftslagsbreytingar. Í myndbandinu útskýrir Balog hvernig verkefnið fer fram. Hann sýnir hvernig breytingar á jöklunum verða sýnilegar þegar notast er við myndir þær sem fást með notkun myndavélanna í verkefninu. Það er áhugavert að sjá þann mismun sem er á jökuljaðrinum á milli ára, sem væri erfiðara sjá ef ekki væri notast við myndavélarnar í verkefninu. Nánar er hægt að lesa um James Balog og fá tengla á verkefnið, hér.

    Stutt myndskeið frá Sólheimajökli, tekið á myndavél úr verkefninu.

    Sólheimajökull frá Extreme Ice Survey á Vimeo.

    Tengt efni á Loftslag.is:

  • Tröllakrabbinn – ágengur við Suðurskautslandið

    Tröllakrabbinn – ágengur við Suðurskautslandið

    Skematísk mynd af tröllakrabba á leið upp landgrunnsbrúnina

    Líkt og í vísindaskáldsögu, þá virðist sem þúsundir tröllakrabba séu á leiðinni upp landgrunnshlíðar Suðurskautsins. Þeir virðast koma af miklu dýpi, um 6-9 þúsund feta dýpi – sem samsvarar um 1800-2700 m dýpi.

    Í  milljónir ára hefur lífríki landgrunnsins við Suðurskautið verið laust við rándýr í líkingu við tröllakrabbann, að því að talið er – því er líklegt að mjúkskelja lífverur Suðurskautsins, sem þróast hafa fjarri slíkum dýrum, eigi eftir að fara illa út úr þessari innrás.

    Það er alltaf mikill missir þegar einstök vistkerfi glatast, en að auki yrði þetta frekar svekkjandi fyrir læknavísindin – þar sem sumar lífverurnar sem krabbinn gæti þurrkað út hafa lofað góðu við framleiðslu á lyfjum til að berjast gegn húðkrabbameini og við framleiðslu á flensulyfjum.

    Menn urðu fyrst varir við tröllakrabbana á leið upp landgrunnsbrún Suðurskautsins árið 2007.  Strax fóru menn að reyna að fylgjast með þeim og síðastliðið suðurskautssumar (í vetur á norðurskautinu) voru notaðar neðansjávarmyndavélar til að kanna þessa hættu. Til að gera langa sögu stutta þá voru flokkar krabba, í hundruðatali við landgrunnsbrún Suðurskautsins – krabbar af báðum kynjum og virtust við góða heilsu. Tröllakrabbar þola illa kulda, sem skýrir af hverju þeir hafa ekki fest rætur hingað til við Suðurskautið. Þessi innrás tengist því að hafið við Suðurskautið er að hlýna og því er talið að hér séu enn ein ummerki um afleiðingar hinnar hnattrænu hlýnunar.

    Heimildir og ítarefni

    Umfjöllun um málið má lesa á heimasíðu Alabama háskólans í Birmingham:  King crabs invade Antarctica, could jeopardize cures for disease

    Smelltu á myndina hér fyrir neðan til að spila myndband um tröllakrabban við Suðurskautslandið:

    Invading king crab threatens cancer fighting species from uabnews on Vimeo.

    Tengt efni á loftslag.is

  • Breytingar í árstíðasveiflum Alaska hefur áhrif á veiði frumbyggja

    Breytingar í árstíðasveiflum Alaska hefur áhrif á veiði frumbyggja

    Einn af þeim stöðum sem eru að hlýna hvað hraðast er Alaska og miðja þess einna mest. Shannon McNeeleyh o.fl. (2011) skoða í nýrri rannsókn hversu viðkvæm samfélög frumbyggja geta verið gagnvart breytingum í kjölfar hlýnunar – í svokölluðu Koyukuk-Middle Yukon svæði.  Sérstaklega var skoðað hvernig hlýnun Jarðar hefur áhrif á getu frumbyggja til að veiða og þá sérstaklega elgi sem er ríkur partur af fæðu frumbyggja.

    Síðastliðna áratugi hafa veiðmenn á svæðinu átt erfitt með að klára elgskvótann áður en veiðitímabilinu líkur. Veiðimenn svæðisins benda á hlýrri haust, auk breytinga í úrkomu og þar með grunnvatnsstöðu sem helstu ástæður þess að elgir hafa breytt hegðun sinni.

    Nútíma árstíðahjól frumbyggja Alaska (Mynd Shannon McNeeley).

    Reynt var með rannsókninni að tengja saman reynslu veiðimanna og veðurfræðileg gögn af svæðinu. Í ljós kom að gögn um veður á svæðinu pössuðu nokkuð vel við reynslu veiðimanna, þ.e. að snemma um haustið (lok ágúst og byrjun september) þá var óvenju hlýtt. Það hafði áhrif á elgveiðarnar sem ljúka hvert ár í kringum 25. september.

    Samfélög manna og vistkerfi svæðisins eru viðkvæm fyrir breytingum í umhverfinu. Litlar breytingar í árstíðabundnum sveiflum vegna hlýnunar, geta orðið til þess að auka á það álag sem fyrir er af öðrum völdum. Í þessu tilfelli valda hlýrri haust því að minna tími gefst fyrir frumbyggja að veiða elgi áður en veiðitímabilinu líkur og þar með minnkar fæðuöryggi þeirra.

    Heimildir og ítarefni

    Umfjöllun af heimasíðu NCAR og UCAR: Interior Alaska: Subsidence hunting in a warming world

    McNeeley, S.M., and Shulski, M.D., “Anatomy of a closing window: Vulnerability to changing seasonality in Interior Alaska,” Global Environmental Change (2011), doi:10.1016/j.gloenvcha.2011.02.003

    Hægt er að skoða doktorsritgerð Shannon McNeely á netinu, en þar má meðal annars fá frekari upplýsingar um árstíðahjólið á myndinni hér fyrir ofan:  SEASONS OUT OF BALANCE: CLIMATE CHANGE IMPACTS, VULNERABILITY, AND SUSTAINABLE ADAPTATION IN INTERIOR ALASKA

    Tengt efni á loftslag.is

  • Samfélög trjáa á flakki

    Samfélög trjáa á flakki

    Nú þegar mikil hlýnun er að verða á svæðum tempraðra skóga Rússlands, eru samfélög trjáa að færast til norðurs, t.d. hin sígrænu tré rauðgreni og þinur. Á sama tíma þá eru nyrstu samfélögin að hnigna og sérstaklega einkennistegund landsvæðana í norðurhluta Rússlands, lerki.

    Vísindamenn frá háskólanum í Virginíu unnu að rannsókninni og komust að því að þessi færsla muni aukast á næstu áratugum vegna grundvallarmismunar á lerki og sígrænum trjám.

    Lerki er barrtré, líkt og hin sígrænu tré en lerkið fellir barr sitt á haustin. Það veldur því að sólarljós nær að skýna í gegnum greinar þess og endurspeglast af snjó í botni skóganna – snjórinn dempar hlýnunina. Þegar hitaþolnari og sígrænar tegundir trjáa færa sig um set norður á bóginn, þá er talið að þær tegundir muni valda magnandi svörun í hlýnun norðurslóða – þ.e. aukin hlýnun – meiri vöxtur sígrænna trjáa – hlýnun eykst á svæðinu. Talin er hætta á að þessi aukna hlýnun geti orðið til þess að hleypa af stað annarri magnandi svörun, þ.e. bráðnun sífrera og þar með aukna losun á metani og CO2.

    Heimildir og ítarefni

    Umfjöllun um rannsóknina má lesa á heimasíðu háskólans í Virginíu:  Russian Boreal Forests Undergoing Vegetation Change, Study Shows

    Greinina má lesa í Clobal Change Biology, Shuman o.fl. 2011:  Sensitivity of Siberian Larch Forests to Climate Change

    Tengt efni á loftslag.is

  • Fjöldaútdauði lífvera

    Fjöldaútdauði lífvera

    Endurbirting á bloggfærslu þýdda af Skeptical Science og einnig birt þar.

    Við loftslagsbreytingar, þá er ein af stóru spurningunum sú hvort náttúran muni ná að aðlaga sig að breyttum aðstæðum. Svarið má finna með því að skoða jarðsöguna. Í jarðsögunni, þá hafa komið tímabil þar sem loftslag hefur breyst gríðarlega. Við þær breytingar urðu gjarnan fjöldaútdauðar, þar sem margar lífverur dóu út – og í kjölfarið kom hægfara bati lífríkisins. Saga kóralrifja gefur okkur innsýn í þessa atburði, þar sem kóralrif eru langlíf og saga þeirra í gegnum jarðsöguna tiltölulega vel þekkt (Veron 2008). Með því að skoða þau, þá sést að kóralrif hafa orðið fyrir áhrifum þessara fjöldaútdauða, sem tók þau milljónir ára að jafna sig af. Þau tímabil eru þekkt sem “reef gaps” (eða kóralrifjabil).

    Mynd 1: Tímalína útdauða lífvera. Fimm tímabil eru merkt sérstaklega þegar mikill útdauði lífvera varð. Svartir kassar sýna tímabil þegar bil varð í vexti kóralrifja, múrsteinsmunstur sýnir tímabil töluverðar vaxtar kóralrifja (Veron 2008).

    Það hafa orðið fimm tímabil fjöldaútdauða lífvera í sögu jarðar:

    1. Fyrsta fjöldaútdauða atburðurinn varð í lok Ordovisium, en steingervingagögn benda til þess að 60% af ættkvíslum lífvera í sjó og á landi hafi þurrkast út.
    2. Fyrir 360 milljónum ára, í lok Devon, þá umbreyttist lífvænlegt umhverfi fyrir kóralla, yfir í óhagstætt í 13 milljónir ára og fjöldaútdauði númer tvö varð á Jörðinni.
    3. Steingervingagögn í lok Perm benda til fjöldaútdauða lífvera eða allt að 80-95% útdauði sjávarlífvera. Kóralrif birtast ekki aftur fyrr en eftir um 10 milljón ár, lengsta eyða í myndun kóralrifja í jarðsögunni.
    4. Í lok Trías varð fjöldaútdauði um helmings hryggleysingja sjávar. Um 80% ferfætlinga á landi dóu út.´
    5. Fyrir 65 milljónum ára, við lok Krítar er frægasti útdauðinn, en þá þurrkuðust út risaeðlurnar. Nánast ekkert stórt landdýr lifði af. Plöntur urðu einnig fyrir barðinu á sama tíma og sjávarlífverum í hitabeltinu var útrýmt að mestu. Hnattrænn hiti Jarðar var 6-14°C hærri en hann er í dag og sjávarstaða yfir 300 m hærri en nú.  Á þessum tíma þá þöktu höfin allt að 40% af núverandi yfirborði meginlandanna.

    En hvað olli þessum fjöldaútdauða lífvera? Til að finna helsta þátt í hnignun kóralrifa, skoðaði Veron 2008 helstu þættina sem höfðu áhrif og útilokaði marga sem aðalástæðu. T.d. getur árekstur loftsleina myndað mikið rykský sem veldur rökkvun Jarðar og kulda. Það stenst t.d. illa hvað varðar kóralla, því slíkt hefði þurrkað út 99% af tegundum kóralla á nokkrum vikum eða mánuðum. Steingervingagögn benda til þess að útdauðar kóralla hafi orðið yfir mun lengra tímabil.

    Hærra hitastig getur valdið bleikingu kórala. En jafnvel í heitara loftslagi, þá er hitastig í djúpsjónum það lágt að kórallar myndu finna griðarstað þar sem kaldsjór kæmi upp til yfirborðsins. Það er ekki þar með sagt að loftsleinar og hlýnun Jarðar hafi ekki átt sinn stað í að kóralrifjum hnignaði – báðir þættirnir hafa væntanlega haft sinn þátt í hnignuninni yfir lengra tímabil. En þessir þættir geta þó ekki útskýrt fjöldaútdauða ýmissa kórallategunda, líkt og sést í steingervingagögnum.

    Í grein Veron 2008 er niðurstaðan sú að fjöldaútdauðar falla vel að tímabilum þar sem hröð aukning varð á styrk CO2 í andrúmsloftinu. Þegar CO2 breytist hægt, þá ná ýmis ferli blöndunar við djúpsjó og efnaferli í yfirborðslögum að takmarka áhrifin. Þegar aukningin gerist yfir lengri tíma, hafa lífverur að auki tíma til að aðlagast breyttum aðstæðum. Við hraða aukningu í styrk CO2, þá eykst sýrustig sjávar hratt í efri lögum sjávar og minni möguleikar á blöndun – það gefur einnig sjávarlífverum lítinn tíma til að aðlagast.

    Þannig að hraði breytinganna er lykilþáttur í hæfni náttúrunnar til að aðlagast. Núverandi hraði breytinga í styrk CO2 á sér ekki hliðstæðu í Jarðsögunni svo vitað sé. Sjórinn bregst þó ekki samtímis við auknum styrk CO2, þannig að full áhrif súrnunar sjávar mun taka áratugi til aldir að koma fram. Þetta þýðir að við höfum sett af stað ferli þar sem súrnun sjávar mun koma fram löngu eftir að við aukum styrk CO2 í andrúmsloftinu. Ef við höldum áfram losun CO2 af sama ákafa og hefur verið undanfarin ár og áratugi og aukum það eins og útlit er fyrir, þá mun pH gildi sjávar falla niður fyrir það að ýmis önnur efnaferli fara af stað, sem meðal annars valda súrefnisfyrningu á stórum svæðum (anoxia – skortur á súrefni). Ef það gerist, þá munu svipaðar aðstæður skapast í sjónum og við lok Krítar og nýr atburður fjöldaútdauða – sá sjötti – verður að veruleika.

    Tengdar færslur af loftslag.is

  • Áhrif loftslagsbreytinga á vistkerfi sjávar

    Áhrif loftslagsbreytinga á vistkerfi sjávar

    Hér fyrir neðan er fyrirlestur um loftslagsbreytingar og áhrif þeirra á vistkerfi sjávar, sem Dr. Ove Hoegh-Guldberg hélt fyrir nokkrum vikum í Bandaríkjunum.

    Þar kemur fram að vegna þess hversu hratt styrkur gróðurhúsalofttegunda eykst í andrúmsloftinu, þá eru vistkerfi sjávar að verða fyrir breytingum sem hafa ekki sést í milljónir ára, en þær breytingar geta haft töluverðar og óafturkræfar breytingar í för með sér fyrir vistkerfi sjávar.  Sjávarlíffræðingar búast við miklum breytingum og að ýmislegt óvænt eigi eftir að koma í ljós eftir því sem styrkur CO2 í andrúmsloftinu eykst.

    Smelltu á myndina til að skoða fyrirlesturinn:

    Ove Hoegh-Guldberg NCSE talk from John Bruno on Vimeo.

    Ítarefni

    Mikið af þeim heimildum sem þessi fyrirlestur byggir á má finna hér – The Bruno Lab

  • Yfirlýsing frá breska jarðfræðafélaginu um loftslagsbreytingar

    Yfirlýsing frá breska jarðfræðafélaginu um loftslagsbreytingar

    Endurbirting færslu sem birtist fyrst í nóvember síðast liðin.

    Breska jarðfræðafélagið (e. Geological Society of London) hefur útbúið yfirlýsingu um loftslagsbreytingar, þar sem áhersla er lögð á jarðfræðigögn og hvað þau segja okkur. Jarðfræðigögn gefa töluverðar upplýsingar um það hvernig loftslag Jarðar hefur breyst til forna og veita mikilvægar vísbendingar um hvernig loftslagsbreytingum gæti háttað í framtíðinni. Yfirlýsingin byggir þannig á gögnum jarðfræðinnar, en ekki á nýlegum  hitastigsmælingar við yfirborð eða með gervihnöttum, né byggir yfirlýsingin á loftslagslíkönum. Það er alveg þess virði að lesa yfirlýsinguna, en þar koma fram töluverðar upplýsingar auk notadrjúgra ritrýnda heimilda (sjá tengla í lok færslunnar). Nokkur lykilatriði yfirlýsingarinnar má sjá hér fyrir neðan:

    Hitastig Jarðar breytist af náttúrulegum völdum á tímaskala frá áratugum, til hundrað þúsunda, til milljóna ára. Í sumum tilfellum verða þessar breytingar smám saman en í sumum tilfellum gerast þær skyndilega. Gögn um loftslagsbreytingar hafa varðveist í margskonar jarðfræðilegu umhverfi t.d. í setlögum í botni sjávar og vatna, í jökulbreiðum, steingerðum kóröllum, dropasteinum og steingerðum trjám. Borkjarnar í jökulbreiður sýna hitastig skautana og samsetningu lofthjúpsins síðastliðin 120 þúsund ár fyrir Grænland og 800 þúsund ár fyrir Suðurskautið. Botnsetlög sjávar varðveita gögn um loftslag tugir milljóna ára aftur í tímann og eldra setberg teygir gögnin hundruðir milljóna ára aftur í tímann.

    Jarðfræðileg gögn staðfesta það sem eðlisfræðin segja okkur, að með því að auka styrk CO2 í andrúmsloftinu þá eykst hiti Jarðar og getur leitt til hærri sjávarstöðu, breytt úrkomumynstri, aukið sýrustig sjávar og minnkað súrefni sjávar. Líf á Jörðu hefur lifað af miklar loftslagsbreytingar til forna, en mikill fjöldaúttdauði og breyting á dreifingu tegunda hefur tengst mörgum af þeim breytingum. Þegar mannkynið var fámennt og lifði hirðingjalífi, þá hafði sjávarstöðubreyting upp á nokkra metra ekki mikil áhrif. Við núverandi og vaxandi fólksfjölda, þar sem fjölmennustu svæði Jarðar eru í borgum við ströndina, þá mun slík sjávarstöðubreyting hafa neikvæð áhrif á samfélög manna, sérstaklega ef það gerist skyndilega eins og til forna.

    Skyndilegar loftslagsbreytingar hafa áður gerst. Fyrir um 55 milljónum árum síðan – í lok tímaskeiðsins Paleósen, þá varð skyndileg hlýnun þar sem hnattrænt hitastig Jarðar jókst um 6°C og um 10-20°C á heimsskautunum. Þessi atburður, sem skammstafaður er PETM (Paleocene-Eocene Thermal Maximum) varð á sama tíma og kolefni losnaði í miklu magni (1500-2000 milljarðar tonna). Þessi innspýting af kolefni er talið geta tengst niðurbroti á metanvatnskristöllum (e. methane hydrate) í botnlögum sjávar, sem mögulega tengist eldvirkni og hafði áhrif til hlýnunar sem náði hámarki sínu fyrir um 50 milljónum ára í byrjun tímaskeiðsins Eósen. Styrkur CO2 í andrúmsloftinu var hár á þeim tíma – en þessi innspýting út í andrúmsloftið og úthöfin gerði þau enn heitari, súrefnisfirrtari og súrari. Í kjölfarið varð mikill útdauði lífvera, sérstaklega í úthöfunum . Það tók Jörðina um 100 þúsund ár að jafna sig á þeirri innspýtingu, sem sýnir að losun á CO2 út í andrúmsloftið í svipuðu magni getur haft áhrif á loftslag á Jörðinni í hundrað þúsund ár.

    Sveiflur í djúpsjó jarðar. Mynd a sýnir sveiflur í magni súrefnis18 samsætunni og hvenær jöklar á Suður- og Norðurhveli jarðar byrja að myndast. Mynd b sýnir túlkun á hitastigi djúpsjávar miðað við magn súrefnissamsæta í setlögum (Hansen o.fl. 2008). Rauð ör á efri myndinni sýnir PETM atburðinn fyrir 55 milljónum ára, þegar mikill útdauði sjávarlífvera varð (smella á myndina til að stækka).

    En hvenær var styrkur CO2 í andrúmsloftinu sambærilegt og það er orðið í dag? Nýjustu rannsóknir benda til þess að það sé orðið nú, svipað og það var fyrir um 5,2-2,6 milljónum ára – en þá var það talið vera á bilinu 330-400 ppm. Á þeim tíma var hnattrænn hiti Jarðar 2-3°C hærri en hann er í dag og sjávarstaða um 10-25 m hærri, sem bendir til þess að vatn bundið í jöklum hafi verið mun minna en í dag og að Norðurskautið hafi allavega verið árstíðabundið hafíslaus.

    Athafnir manna hafa losað um 500 milljarða tonna af kolefni út í andrúmsloftið frá árinu 1750. Á næstu öldum, ef áfram heldur sem horfir, þá gæti losun manna orðið samtals á bilinu 1500-2000 milljarða tonna – svipað og varð fyrir um 55 milljónum ára. Jarðfræðileg gögn frá þeim atburði og fyrri sambærilegum atburðum benda til þess að slík viðbót af kolefni út í andrúmsloftið gæti hækkað hitastig Jarðar um allavega 5-6°C. Sá tími sem það gæti tekið Jörðina að jafna sig á slíku gæti orðið 100 þúsund ár eða meira. Ef eingöngu er miðað út frá jarðfræðilegum gögnum þá er óhætt að álykta að losun á CO2 út í andrúmsloftið af svipuðum og auknum ákafa og nú er, getur ekki verið skynsamlegt, eins óþægileg og sú tilhugsun er.

    Heimildir og ítarefni

    Þessi færsla er að mestu þýðing á umfjöllun Skeptical Science: Geological Society discuss climate change evidence from the geological record

    Yfirlýsing Breska jarðfræðafélagið (e. Geological Society of London) má finna hér:  Climate change: evidence from the geological record (sjá einnig pdf skjal með yfirlýsingunni).

    Tengt efni á loftslag.is

  • Súrnun sjávar og lífríki hafsins II

    Súrnun sjávar og lífríki hafsins II

    Hér er framhald af færslu Hrannar um Súrnun sjávar og lífríki hafsins

    Lindýr (Mollusca)

    Líkt og kóralar eru lindýr stórtækir framleiðendur aragóníts í hafinu, en til lindýra teljast sniglar og samlokur auk margra annarra skeldýra. Sum lindýr mynda eingöngu aragónít og má þar nefna nökkva, sætennur og sumar samlokur og snigla. Á meðal samloka og snigla eru til fjölmörg dæmi þess að dýr myndi bæði aragónít og kalsít og er kræklingur dæmi um slíka samloku. Þau dýr sem mynda kalkgerðina aragónít og lifa á köldum hafsvæðum eins og hér við land, eru í sérstakri hættu vegna súrnun sjávar þar sem mörg reiknilíkön gefa til kynna að aragónít gæti orðið undirmettað í yfirborði sjávar á háum breiddargráðum, þ.e. næst  heimskautunum, fyrir næstu aldamót.

    Vængjasnigillinn Cliona limacina

    Líkt og pandabjörninn er táknmynd verndunar dýra í útrýmingarhættu þá er sviflægur hópur snigla orðinn táknmynd hættunnar sem stafar af súrnun sjávar. Þessir smáu en fögru sniglar eru kallaðir vængjasniglar enda nýta þeir „vængi“ til þess að „fljúga“ um í sjónum.  Margar tegundir vængjasnigla mynda afar þunna skel úr aragóníti og þar sem þéttleiki þeirra er hæstur, við pólanna, er mettun aragóníts í umhverfi þeirra nú þegar orðin mjög lág og lækkar stöðugt með súrnandi sjó. Rannsóknir hafa sýnt fram á að skel sniglanna muni hverfa á þessari öld en óvíst er hvort þetta leiðir til útrýmingar þeirra, eða hvort sniglarnir geti lifað af án skeljarinnar.  Vonir eru bundnar við að skelin sé ekki nauðsynleg fyrir lífslíkur skelmyndandi vængjasnigla enda eru þeir mikilvæg fæða fyrir fiska og hvali í köldum höfum.

    Fyrir utan það að vera mikilvægur hlekkur í fæðukeðjum hafsins þá eru sniglar og samlokur nýttar til manneldis.

    Ostrur og kræklingar eru Íslendingum vafalaust þar ofarlega í huga. Dæmi er um að ostruræktendur á vesturströnd Bandaríkjanna séu byrjaðir að lenda í vandræðum með að rækta ostrur vegna þess hve nýliðun í náttúrulegum stofnum hefur versnað og kemur súrnun sjávar sterklega til greina sem orsakavaldur (sjá grein hér).

    Kræklingur er samloka sem myndar bæði kalkgerðina aragónít og kalsít. Líkt og hjá flestum tegundum þá virðist ungviði kræklingsins vera viðkvæmara fyrir súrnun sjávar heldur en fullorðnir einstaklingar. Gazeau o.fl. (2010) framkvæmdu tilraunir sem sýndu neikvæð áhrif súrnunar sjávar á skelmyndun hjá lirfum og á lífslíkur lirfanna. Helstu niðurstöður rannsóknarinnar voru þær að einstaklingar gætu mögulega lifað af súrnun sjávar en að heildarafleiðingar fyrir kræklingastofna verða vafalítið neikvæðar. Erfitt er að spá nákvæmlega fyrir um hvernig þróun kræklingastofna verður í framtíðinni.

    Aragónít verður undirmettað á 1700 metra dýpi í Íslandshafi (afmarkaða svæðið) og táknar ljós-guli flekkurinn það svæði. Dýpið þar sem aragónít verður undirmettað er að grynnka um 4 metra á ári. Ef sú þróun heldur áfram mun aragónít verða undirmettað á 1300 metra dýpi eftir 100 ár (ljós-appelsínugulur), á 900 metra dýpi eftir 200 ár (dökk-appelsínugulur), og á 500 metra dýpi eftir 300 ár (rauður). Þetta er ekki vísindaleg spá fyrir framtíðana heldur vangaveltur um flatarmál botnsins sem verða umkringdur undirmettuðum sjó þegar aragónít mettunarlagið grynnkar. © Hrönn Egilsdóttir

    Hluti doktorsverkefnis pistlahöfundar felst í rannsóknum á því hvort, og þá hvernig, súrnun sjávar við Ísland gæti breytt dreifingu kalkmyndandi samloka og snigla. Flestar tegundir innan beggja hópa mynda skel úr aragóníti en langtímamælingar á CO2 hafa gefið góðar upplýsingar um súrnun sjávar í Íslandshafi og í Irmingerhafi. Ég mun nýta þær upplýsingar sem til eru um sýrustig og kalkmettun sjávar til þess að kortleggja dreifingu kalkmyndandi samloka og snigla og rannsaka hvort, og þá hvernig, mettun aragóníts takmarkar dreifingu þeirra. Frumniðurstöður úr þessari rannsókn benda til þess að dreifing samloka sem mynda aragónít takmarkist við sjó sem er yfirmettaður af aragónít (ΩARAGÓNÍT > 1). Þessar niðurstöður munu verða skoðaðar í ljósi þess að mettun aragóníts verður minni en 1 á 1700 metra dýpi í Íslandshafi og er þetta mettunarlag (ΩARAGÓNÍT = 1) að grynnka um 4 metra á ári að meðaltali. Þetta jafngildir því að á hverju ári bætast við 800 ferkílómetrar af hafsbotni sem verða baðaðir í sjó sem er undirmettaður af aragónít á ári hverju.

    Skrápdýr (Echinodermata)

    Ígulker, krossfiskar, slöngustjörnur og sæbjúgu teljast öll til skrápdýra en ólíkt kórölum og lindýrum þá mynda skrápdýr ekki kalkgerðina aragónít heldur magnesíum-ríkt kalsít (Mg-kalsít). Afar erfitt er að spá fyrir um áhrif lækkunar kalkmettunar á dýr og plöntur sem mynda Mg-kalsít vegna þess hve erfitt er að reikna mettun þess í sjónum og hlutfall magnesíum í skelinni er breytilegt eftir umhverfisþáttum, t.d. hitastigi.

    Slöngustjarna í Straumsvík

    Þegar litið er yfir birtar tilraunir á skrápdýrum standa tvær niðurstöður upp úr. Í fyrsta lagi virðast tegundir bregðast við súrnun sjávar á mjög ólíkann hátt og getur það einnig átt við mikið skyldar tegundir. Í öðru lagi hafa niðurstöður rannsóknanna ýtt undir fyrri tilgátur um að ungviði dýra sé almennt viðkvæmara en fullorðnir einstaklingar. Báðar þessar staðreyndir virðast einnig eiga við um flesta lífveruhópa en þetta hefur komið best í ljós eftir tilraunir á skrápdýrum.

    Vert er að nefna afar áhugaverðar niðurstöður sem Dupont o.fl. (2008) birtu eftir tilraunir á slöngustjörnunni Ophiothrix fragilis þar sem niðurstöður bentu til þess að súrnun sjávar hefði lítil sem engin áhrif á lífslíkur fullorðinna einstaklinga. Síðar kom í ljós að engin lirfa lifði tilraunina af þegar pH sjávarins var lækkað um 0,2 pH gildi, eins og spáð er að gerist á þessari öld.  Út frá þessum niðurstöðum hafa höfundar rannsóknarinnar ályktað að slöngustjarnan Ophiothrix fragilis gæti dáið út fyrir árið 2050!

    Aðrir kalkmyndandi lífveruhópar

     

    Krabbi situr um snigil

     

    Krabbadýr (krabbar, rækjur, áta o.fl.) mynda einnig kalkstoðgrindur og niðurstöður tilrauna á ýmsum krabbadýrum hafa verið afar áhugaverðar.  Öfugt við flest önnur dýr virðast sum krabbadýr auka kalkmyndun í sjó við lágt sýrustig (pH), en ástæður þess eru illa þekktar.  Ýmislegt bendir þó til þess að sum krabbadýr geti stjórnað sýrustiginu nálægt þeim líkamsvefjum sem skelin er mynduð og hækkað sýrustig og kalkmettun staðbundið.  Óvíst er hvort þessi aukna kalkmyndun hafi í raun neikvæð áhrif til lengri tíma vegna röskunnar á efnaskiptaferlum eða hvort sum krabbadýr muni verða samkeppnishæfari í kjölfar súrnunar sjávar. Í raun hafa of fáar rannsóknir verið gerðar til þess að nokkuð sé hægt að fullyrða um afleiðingar súrnunar sjávar fyrir krabbadýr en ýmislegt bendir til þess að þolmörk þeirra séu betri en spáð hafði verið.

    Bertálkninn Polycera quadrilineata að næra sig á mosadýramottu

    Nýlega er athygli vísindamanna farin að beinast að mosadýrum (Bryozoa) sem eru smá dýr sem mynda oft sambýli af einstaklingum og eru þá með sameiginlega stoðgrind, oft úr kalki. Raunverulega er ekkert vitað um áhrif súrnunar sjávar á mosadýr en þó veit undirrituð til þess að rannsóknir á þeim séu hafnar. Dæmi um lífveruhóp sem lifir á mosadýrum eru bertálknar (Nudibranch) sem eru sniglar án skeljar og finnast oft í skrautlegum litum.

    Botnlægir rauðþörungar og sviflægir kalkþörungar eru stærstu hópar kalkmyndandi þörunga. Kalkmyndandi rauðþörungar mynda Mg-ríkt kalsít og eru hægvaxta og falla því í áhættuhóp vegna súrnunar sjávar. Rauðþörungar eru nýttir af kalkþörungaverksmiðjum og t.d. nýtir fyrirtækið Hafkalk rauðþörunga m.a. til manneldis. Sumir rauðþörungar á Íslandi mynda búsvæði fyrir aðrar lífverur líkt og kóralar gera í hitabeltinu.  Í náinni framtíð er áætlað að rannsaka með tilraunum hvernig súrnun sjávar mun snerta íslenska rauðþörunga.

    Sviflægir kalkþörungar geta framleitt gríðarlega mikið magn kalks og sjást vel á gervihnattamyndum þegar mikill þéttleiki þeirra er í hafinu. Rannsóknir á kalkþörungnum Emiliana huxleyi, sem sést á gervihnattamyndinni, eru nokkrar en hafa gefið afar breytilegar niðurstöður og því er enn ómögulegt að spá fyrir um þol þörungsins gagnvart súrnun sjávar (Kroeker o.fl. 2010).

    Kalkþörungurinn Emiliana huxleyi í blóma við Ísland. Mynd er tekin af gervitungli NASA (http://visibleearth.nasa.gov/)

    Áhrif súrnunar sjávar á önnur ferli en kalkmyndun

    Súrnun sjávar mun hafa mest áhrif á kalkmyndandi lífverur en áhrifin verða vafalaust víðtækari en svo, auk augljósra áhrifa af breytingum á fæðukeðjum í hafinu.

    Sýrustig getur haft bein áhrif á ensím- og prótínvirkni og þannig efnaskipti. Sem dæmi á sér stað nákvæm stjórnun á sýrustigi blóðsins hjá mönnum en í heilbrigðum einstakling er pH gildi blóðsins á milli 7,35 og 7,45. Frávik frá þessu sýrustigi getur leitt til alvarlegra truflana á efnaskiptum í frumum líkamans og jafnvel dauða.

    Áhrif sýrustigsbreytinga á lífeðlisfræðileg ferli í sjávarlífverum eru illa þekkt enda oftast erfitt að rannsaka svo flókin ferli í smáum lífverum. Í ljósi þess að sýrustig sjávar hefur haldist stöðugt yfir milljónir ára hafa verið settar fram spurningar um hæfni lífveranna til að stjórna sýrustigi í líkamanum þar sem ensímvirkni er til staðar. Þetta getur átt við blóðvökva eða t.d. innviði frumu þar sem genastjórnun á sér stað. Fiskar hafa betri stjórnun á sýrustigi líkamans heldur en flestir hryggleysingjar en tilraunir benda til þess súrnun sjávar gæti samt sem áður raskað lífeðlisfræðilegum ferlum í fiskum. Enn ríkir mikil óvissa um hvort slík áhrif yrðu langvinn eða hvort fiskar, og hryggleysingjar hafi næga aðlögunarhæfni svo ekki verði truflun á líkamsstarfsemi þegar til langs tíma litið.

    Dæmi um það hvernig eðlileg líkamsstarfsemi getur verið raskað vegna súrnun sjávar eru neikvæð áhrif sýrustigsbreytinga á lyktarfæri fiska (Munday o.fl. 2009) en hæfni til þess að finna lykt sem er mikilvægur eiginleiki hjá mörgum fiskum og má þar t.d. nefna laxfiska sem þefa upp heimaárnar þegar komið er að hrygningu.

    Hugsanlegt er að dýr sem nýta sér hljóð, t.d. til veiða eða samskipta, geti orðið fyrir áhrifum af sýrustigsbreytingum. Þegar sjórinn súrnar eykst hljóðbærni hans einnig, en það á sérstaklega við um lágtíðnihljóð, allt að 5000 hertz (Hester o.fl. 2008). Þannig er talið að „hávaðinn“ í hafinu muni aukast við súrnun sjávar en ekkert er vitað um hverjar yrðu afleiðingarnar fyrir t.d. sjávarspendýr.

     

    Að lokum

    Nýlega voru gefnar út tvær athyglisverðar greinar þar sem birtar niðurstöður úr tilraunum eru teknar saman og reynt að draga upp heildarmynd af því hver áhrif súrnunar sjávar gæti orðið á lífveruhópa og samfélög. Helstu niðurstöður beggja greina er að áhrifin verði afar breytileg á milli tegunda og tegundahópa.

    Kroeker o.fl. (2010) benda á að áhrifin verða líklega breytileg en það bendir flest til þess að kalkmyndandi lífverur séu viðkvæmari fyrir súrnun sjávar heldur en þau dýr eða plöntur sem ekki mynda kalk.

    Hendriks o.fl. (2009) vilja meina að áhrifin af súrnun sjávar verði ekki eins alvarleg og búist er við en líkt og í greininni eftir Kroeker o.fl. er bent á þann mikla breytileika sem finna má í viðbrögðum lífvera við sýrustigsbreytingum í sjó. Það má segja að ein stærsta niðurstaða beggja þessara rannsókna sé að þekking okkar er enn mjög takmörkuð og því enn illmögulegt að koma fram með raunhæfa spá um það hvernig súrnun sjávar mun hafa áhrif á lífríki hafsins á Jörðinni

    Rannsóknir á áhrifum súrnunar sjávar á lífríki hafsins eru enn á byrjunarstigi og er vísindasamfélagið því enn langt frá því að geta sagt með vissu hverjar afleiðinganar verða. Þó benda rannsóknir til þess að áhrifin gætu orðið mjög alvarleg fyrir lífríki og þ.á.m. mannkyn, sérstaklega ef jarðsagan er höfð til hliðsjónar. Því miður hljóma enn margar efasemdaraddir um tilvist loftlagsbreytinga vegna útblásturs manna á CO2, og á það sérstaklega við hina margumræddu hnattrænu hlýnun. Það er staðreynd að margir þættir, auk styrkleika CO2, stjórna hitastigi í lofthjúpi jarðar en þegar kemur að súrnun sjávar þá er CO2 óumdeilanlega helsti áhrifaþátturinn. Þess vegna er talsvert erfitt að hrekja þá staðreynd að útblástur mannkyns á CO2 sé að valda súrnun hafanna. Þrátt fyrir að skilningur okkar á því hverjar afleiðingar af súrnun sjávar verða sé enn takmarkaður, hringja háværar viðvörunarbjöllur og nauðsyn þess að alþjóðasamfélagið taki fastari tökum á útblæstri CO2 augljós.

    Hér í blálokin vil ég benda á heimildamyndina Acid Test sem fjallar á aðgengilegann hátt um súrnun sjávar:

    Acid Test: The Global Challange of Ocean Acidification

    Heimildaskrá

    Cao L, Caldeira K (2008) Atmospheric CO2 stabilization and ocean acidification. Geophys. Res. Lett. 35: L19609

    De’ath G, Lough JM, Fabricius KE (2009) Declining Coral Calcification on the Great Barrier Reef. Science 323: 116-119

    Dupont S, Havenhand J, Thorndyke W, Peck L, Thorndyke M (2008) Near-future level of CO2-driven ocean acidification radically affects larval survival and development in the brittlestar Ophiothrix fragilis. Marine Ecology Progress Series 373: 285-294

    Feely RA, Doney SC, Cooley SR (2009) Ocean Acidification: Present Conditions and Future Changes in a High-CO2 World. Oceanography 22: 36-47

    Feely RA, Sabine CL, Lee K, Berelson W, Kleypas J, Fabry VJ, Millero FJ (2004) Impact of Anthropogenic CO2 on the CaCO3 System in the Oceans. Science 305: 362-366

    Gazeau F, Gattuso JP, Dawber C, Pronker AE, Peene F, Peene J, Heip CHR, Middelburg JJ (2010) Effect of ocean acidification on the early life stages of the blue mussel (Mytilus edulis). Biogeosciences Discuss. 7: 2927-2947

    Hester KC, Peltzer ET, Kirkwood WJ, Brewer PG (2008) Unanticipated consequences of ocean acidification: A noisier ocean at lower pH. Geophys. Res. Lett. 35: L19601

    Kiessling W, Simpson C (2011) On the potential for ocean acidification to be a general cause of ancient reef crises. Global Change Biology 17: 56-67

    Kroeker KJ, Kordas RL, Crim RN, Singh GG (2010) Meta-analysis reveals negative yet variable effects of ocean acidification on marine organisms. Ecology Letters 13: 1419-1434

    Munday PL, Dixson DL, Donelson JM, Jones GP, Pratchett MS, Devitsina GV, Døving KB (2009) Ocean acidification impairs olfactory discrimination and homing ability of a marine fish. Proceedings of the National Academy of Sciences 106: 1848-1852

    Olafsson J, Olafsdottir SR, Benoit-Cattin A, Danielsen M, Arnarson TS, Takahashi T (2009) Rate of Iceland Sea acidification from time series measurements. Biogeosciences 6: 2661-2668

    Pearson PN, Palmer MR (2000) Atmospheric carbon dioxide concentrations over the past 60 million years. Nature 406: 695-699

    Ridgwell A, Zeebe RE (2005) The role of the global carbonate cycle in the regulation and evolution of the Earth system. Earth and Planetary Science Letters 234: 299-315

    Turley C, Blackford JC, Widdicombe S, Lowe D, Nightingale PD, Rees AP (2006) Reviewing the impact of incrased atmospheric CO2 on oceanic pH and the marine ecosystem. In: Schellnhuber HJ, Cramer W, Nakicenovic N, Wigley TML, Yohe G (eds) Avoiding dangerous climate change. Cambridge University Press, Cambridge, pp 65-70

     

  • Súrnun sjávar og lífríki hafsins I

    Súrnun sjávar og lífríki hafsins I

    Hröð aukning CO2 og aukin súrnun sjávar

    Frá því iðnvæðing vesturlanda hófst fyrir 250 árum hafa orðið gríðarlegar breytingar  á magni koltvíoxíðs (CO2) í andrúmslofti jarðarinnar.  Eftir því sem iðnvæðingin hefur orðið hraðari og útbreiddari hefur þetta magn aukist hraðar.  Ein afleiðing þessara breytinga er súrnun sjávar sem er ekki síður alvarleg þróun en hlýnun jarðar.

    Fyrir iðnvæðingu var hlutþrýstingur CO2 í andrúmsloftinu 280 ppm og nú, 250 árum síðar, er hann orðinn 391 ppm og gæti náð yfir 700 ppm fyrir næstu aldamót (ppm = part per million).  Loftslagsbreytingar væru vafalítið fyrirfinnanlegri í dag ef ekki væri fyrir upptöku sjávar og grænna landssvæða á helmingi þess koltvíoxíðs sem menn hafa blásið út í andrúmsloftið frá iðnvæðingu.  Af þessum helmingi hefur sjórinn tekið til sín um 30% og græn landsvæði um 20% (Feely o.fl. 2004).

    Vegna upptöku á CO2 hefur sýrustig sjávarins þegar fallið um 0,1 pH gildi (30% aukning á H+) frá iðnvæðingu og gæti fallið um 0,3-0,4 pH gildi fyrir árið 2100 (~150% aukning á H+).  Sýrustig er mælt á pH skala sem er byggður á neikvæðu veldisfalli á styrk vetnisjóna (H+) en sýrustig lækkar eftir því sem styrkur vetnisjóna vex. Þetta þýðir að fyrir hverja heila tölu sem sýrustig (pH) fellur, þá súrnar sjórinn tífalt..

    Hvaða sögu segir jarðsagan?

    Lífverur sjávar eru margskonar, allt frá örsmáum bakteríum til stærstu spendýra og er umhverfi þeirra að breytast hratt vegna útblásturs mannkyns á CO2. Kalkmyndandi lífverum stafar sérstaklega mikil hætta af aukningu á CO2 þar sem súrnun sjávar leiðir til minni kalkmettunar í sjónum. Til þess að skilja hvernig lífríkið mun bregðast við súrnun sjávar nútímans og framtíðar er óvitlaust að horfa til jarðsögunnar, enda er þetta ekki í fyrsta skipti sem aukning á CO2 verður í andrúmslofti jarðar.

    Hér er farið yfir atburði í jarðsögunni og tengsl þeirra við ástand kóralrifja og líkur á því að súrnun sjávar hafi átt sér stað.

    Fyrir 250 milljónum ára varð einn stærsti útdauði lífvera í jarðsögunni þegar ~95% lífvera í hafinu dóu út. Þá jókst styrkur CO2 í andrúmsloftinu mikið og olli miklum loftslags- og sýrustigsbreytingum í sjónum (sjá pistilinn: Útdauðinn fyrir 250 milljónum ára). Ljóst er að miklar breytingar urðu á lífríki bæði á landi og í hafi en sá langi tími sem liðinn er frá þessum atburði gerir rannsóknir á honum erfiðar. Auk þess jókst CO2 í andrúmsloftinu þá vegna mikillar eldvirkni og ólíklegt að jarðefnaeldsneyti jarðar gæti gefið af sér jafnmikið magn CO2 og þá var blásið út í andrúmsloftið. Betra er að líta okkur nær í tíma ef ætlunin er að bera saman forsögulegann atburð við nútímann.

    Borkjarni úr seti frá 55 milljón árum síðan. Kalkmynandi lífverur hverfa snögglega úr setinu sem myndaðist fyrir 55 milljónum árum en eftir stendur rauður leir.

    Krítartímabilið fyrir 145-65 milljón árum síðan var áhugavert tímabil í jarðsögunni. Þá átti sér stað hæg aukning á CO2 í andrúmslofti jarðar og fór hlutþrýstingur CO2 yfir 1000 ppm (part per million).  Þrátt fyrir þennan háa hlutþrýsting CO2 var mikið um kalkmyndandi lífverur í hafinu á þessum tíma en þegar sjór súrnar þá eiga kalkframleiðendur venjulega erfiðara með að mynda kalkskeljar. Kalkmyndandi lífverur lifðu reyndar svo góðu lífi að hinir hvítu klettar í Dover í Englandi mynduðust á þessum tíma þegar skeljar örsmárra kalkþörunga féllu til botns og mynduðu setlög (sjá gervihnattamynd af Íslandi neðarlega í pistli). Þetta útskýrist af því að aukningin á CO2 í andrúmsloftinu varð yfir gríðarlega langan tíma; milljónir ára og vegna hlýrra andrúmslofts og aukinnar úrkomu var framburður áa á efnum til sjávar mikill, sem olli því að kalkmettun sjávar hélst há, þrátt fyrir súrnun sjávarins (Ridgwell & Zeebe, 2005).

    Fyrir 55 milljónum ára, urðu miklar og snöggar breytingar á loftslagi jarðar en þá hlýnaði mikið og sýrustig (pH) sjávarins lækkaði vegna losunnar á CO2. Setkjarnar frá þessum tíma sýna snögga breytingu frá hvítu og kalkmiklu seti, yfir í rauðan leir, sem bendir til þess að kalkframleiðendur hafi nánast horfið úr sjónum. Þetta er sá atburður sem helst er litið til ef bera á saman þróun dagsins í dag við forsögulega atburði en hafa ber í huga að aukning á CO2 í andrúmsloftinu er líklega 10 sinnum hraðari í dag en fyrir 55 milljónum ára. Nánar er fjallað um þessar náttúruhamfarir í pistlinum Súrnun sjávar hraðari en fyrir 55 milljónum ára.

    Ekki er hægt að segja annað en að vísbendingar jarðsögunnar undirstriki með afgerandi hætti hversu alvarleg áhrif loftslagsbreytingar og súrnun sjávar geta haft og þar af leiðandi hve brýn nauðsyn er til þess að minnka losun á koltvíoxíði verulega nú þegar. Þá er mikilvægt að hafa í huga að engin fordæmi eru í jarðsögunni fyrir hraðari aukningu á CO2 í andrúmsloftinu en nú á sér stað.

    Síðustu 20 milljón ár einkennast af stöðugleika

    Hugsanlega gætu sumar þeirra tegunda sem eru viðkvæmar fyrir súrnun sjávar aðlagast þeim breytingum sem eru að verða í umhverfi þeirra en aðlögunarhæfni lífvera er almennt illa þekkt og því erfitt að spá þar um. Því miður draga tvær staðreyndir úr líkum á því að lífverur eigi eftir að eiga auðvelt með að aðlagast súrara umhverfi.

    Sýrustig sjávar (pH) hefur verið stöðugt í yfir 20 milljón ár en með útblæstri á CO2 er mannkynið að valda hraðri súrnun sjávar. Nú þegar hefur sýrustig sjávarins fallið um 0.1 pH gildi og er spáð því að pH sjávarins falli um 0.3-0.4 pH gildi fyrir næstu aldamót. (Mynd: Turley o.fl. 2006)

    Hlutþrýstingur CO2 í andrúmsloftinu, og sýrustig sjávar (pH) verið stöðugt í yfir 20 milljón ár (Pierson & Palmer, 2000) og hafa ber í huga að núlifandi lífverur jarðar þróuðust á þessu tímabili stöðugleika. Þetta skapar óvissu um hvort nægur breytileiki eða sveigjanleiki sé í erfðamengi lífveranna til þess að takast á við verðandi breytingar. Að auki er sjórinn að súrna hratt og gefst því lítill tími til aðlögunar. Þær lífverur sem hafa stuttan líftíma, þ.e. kynslóðir endurnýjast hratt, eru líklegri til að geta aðlagast heldur en lífverur sem lifa lengi, t.d. 40 ár.

    Súrnun sjávar og lífríkið

    Súrnun sjávar getur haft áhrif á ýmis lífeðlisfræðileg ferli í lífverum en dýr og þörungar sem mynda kalk eru í mestri hættu vegna þess hve kalkmettun sjávar (ΩCaCO3) er nátengd sýrustigi sjávar. Mikill fjöldi tegunda í hafinu myndar kalk og koma kalkframleiðandi lífverur við sögu í flestum fæðukeðjum ásamt því að byggja upp búsvæði fyrir fjölda annara lífvera og má þar helst nefna kóralrif og rauðþörungabreiður.

    Kalkmyndandi lífríki er í mestri hættu

    Kalkmyndandi lífverur eiga auðvelt með að mynda og viðhalda kalkskeljum þegar kalk er yfirmettað í umhverfi þeirra  (ΩCaCO3>1). Ef kalkmettun sjávarins er of lítil verður kalkmyndunarferlið erfiðara en breytilegt er á milli tegunda við hvaða mettunarstig þær takmarka kalkframleiðslu sína.  Í sjó sem er undirmettaður af kalki (ΩCaCO3<1) byrjar kalk að leysast upp undir eðlilegum kringumstæðum. Til samanburðar má benda á að háa tíðni tannskemmda hjá fólki sem neytir mikið af drykkjum með lágt sýrustig (pH), s.s. kóki eða appelsínusafa.

    Dýpi hefur neikvæð áhrif á kalkmettun og á ákveðnu dýpi (Ωkalk=1) hættir sjórinn að vera yfirmettaður af kalki (Ωkalk>1) og verður undirmettaður af kalki (Ωkalk<1), þ.e.a.s. Þá ætti kalkið að leysast upp fyrir neðan þetta dýpi (blátt svæði). Hér er sýnd mettun kalkgerðarinnar aragóníts í Atlantshafi og Kyrrahafi. Þegar sjórinn súrnar mun dýpið þar sem kalk verður undirmettað grynnka. (Mynd er úr skýrslunni, IPCC fourth assessment report: climate change 2007, sem finna má á vefslóðinni: http://www.ipcc.ch/)

    Auk koltvíoxíðs (CO2) hafa hitastig og dýpi (þrýstingur) áhrif á kalkmettun sjávar. Leysni kalks vex með lækkandi hitastigi og því er kalkmettun í hafinu norður af Íslandi talsvert minni en við t.d. miðbaug. Í ofanálag minnkar kalkmettun með dýpi og á ákveðnu dýpi færist kalk úr því að vera yfirmettað yfir í að vera undirmettað. Þetta dýpi er breytilegt og stjórnast helst af hitastigi, sýrustigi og eftir því hvaða kalkgerð á í hlut. Nú þegar hefur súrnunin valdið því að kalk er að verða undirmettað á minna dýpi en áður og með sömu þróun verður yfirborðsjór kaldra hafsvæða undirmettaður m.t.t. ákveðinna kalkgerða eftir fáa áratugi.

    Kalkmettun á köldum hafssvæðum er minni en á hlýjum hafssvæðum. Mettun kalkgerðarinnar aragónít er lág og ef spár ganga eftir mun aragónít verða undirmettað á köldum hafsvæðum eftir fáa áratugi.

    Ein bestu langtímagögn sem sýna grynnkun á mettunarlagi kalks koma frá Íslandi en CO2 hefur verið mælt í yfirborðssjó við Ísland frá árinu 1985 og úr vatnssúlunni á tveim stöðum við Ísland frá árinu 1994 (Ólafsson o.fl. 2009).  Á þessum gögnum má greinilega sjá hvernig kalk er að verða undirmettað á minna dýpi með tíma. Í Íslandshafi eru breytingarnar hraðar en kalkgerðin aragónít er undirmettuð undir 1700 metra dýpi og er þetta mettunarlag að grynnka um fjóra metra á ári, að meðaltali.

    Nú er í gangi vinna við að meta hver áhrif þessara breytinga í Íslandshafi gætu orðið fyrir þær lífverur sem mynda kalkgerðina aragónít en margar samlokur og sniglar eru dæmi um slíkar lífverur.  Þörf er á að útskýra betur muninn á milli þeirra kalkgerða sem lífverur mynda, og hvernig kalkgerðir geta skipt máli fyrir lífvænleika lífvera í súrnandi sjó.

    Kalkmyndandi lífverur og súrnun sjávar

    Kalkgerðin skiptir máli

    Kalkmyndandi lífverur mynda aðallega tvær kristalgerðir kalks (CaCO3), kalsít og aragónít, sem hafa ólíka eðliseiginleika. Aragónít er uppleysanlegra en kalsít og því er mettun kalsíts ávalt hærri en aragóníts í sjónum. Auk kalsíts og aragóníts er stundum rætt um magnesíum-ríkt kalsít sem þriðju kalkgerðina sem lífverur mynda, þá er hátt hlutfall af magnesíum á móti kalsíum (MgCO3/CaCO3) í kalsít kristalgerðinni. Á svipaðan hátt og aragónít, er magnesíumríkt kalsít (Mg-kalsít) uppleysanlegra en kalsít. Þetta leiðir af sér að þegar sýrustig (pH) sjávarins lækkar verður hann undirmettaður m.t.t. aragóníts og Mg-kalsíts nokkru áður en hann verður undirmettaður m.t.t. kalsíts.  Þess vegna eru þær lífverur sem mynda aragónít (t.d. lindýr og kóralar) og Mg-kalsít (t.d. skrápdýr og rauðþörungar) taldar viðkvæmari fyrir súrnun sjávar heldur en lífverur sem mynda kalsít. Á myndinni hér til hliðar má sjá hvaða kalktegundir helstu lífveruhópar mynda. Þær lífverur sem eru taldar í mestri áhættu vegna súrnun sjávar eru merktar með gulum lit.

    Kóralar (Anthozoa)

     

    Kóralrif eru ekki einungis ein fallegustu svæði á jörðinni heldur einnig þau mikilvægustu fyrir verndun líffræðilegs fjölbreytileika í hafinu.  Til dagsins í dag hafa kóralar verið sá lífveruhópur sem hefur verið mest rannsakaður m.t.t. súrnunar sjávar enda eru á margan hátt mikilvægir og mynda kristalgerðina aragónít. Þar sem stór kóralrif eru til staðar er aragónít mjög yfirmettað (ΩARAGÓNÍT = 3-5) og sjórinn er hlýr, en við skoðun hefur komið í ljós að hlýsjávarkóralrif finnast sjaldan þar sem mettun aragóníts er lægri en þrír (ΩARAGÓNÍT < 3). Ef útblástursspár á CO2 ganga eftir mun mettun aragóníts í hafinu verða að mestu undir þremur í byrjun næstu aldar (ΩARAGÓNÍT < 3) (Cao & Caldeira o.fl. 2008). Illmögulegt er að spá fyrir um afleiðingar þessara gríðarlegu umhverfisbreytinga en ekki er erfitt að átta sig á alvarleika málsins.

    Hlutþrýstingur CO2 hefur þegar hækkað úr 280 ppm fyrir iðnvæðingu í 380 ppm í andrúmslofti og mun líklega ná 550-750 ppm á þessari öld. Mettun aragóníts hefur þegar lækkað frá iðnvæðngu og mun lækka enn frekar á þessari öld. Hlýsjávarkórala er helst að finna þar sem aragónítmettun er hærri en þrír. (Cho & Caldeira, 2008).

    Mælingar hafa sýnt fram á að kalkmyndun kórala á The Great Barrier Reef hefur minnkað um 14% frá árinu 1990 (De’ath o.fl. 2009) sem skýrist líklega af samverkandi áhrifum súrnunar sjávar og hlýnunar. Silverman og fl. (2009) benda á að hlýsjávarkóralrif gætu hætt að vaxa, og jafnvel byrjað að leysast upp þegar hlutþrýstingur CO2 í andrúmslofti nær 560 ppm en ágætis líkur eru á að það muni eiga sér stað á þessari öld.

    Frá rannsóknarleiðangri á Bjarna Sæmunssyni, sumar 2010, þegar íslensk kóralrif voru mynduð og umhverfi þeirra mælt

    Kóralar finnast einnig á kaldari hafsvæðum og lifa þá ekki í sambýli við ljóstillífandi þörunga og geta því þrifist á mun meira dýpi en hlýsjávarkóralar, enda eru þeir ýmist nefndir kaldsjávarkóralar eða djúpsjávarkóralar. Kaldsjávarkóralrif er m.a. að finna á landgrunnsbrúninni suður af Íslandi og við Noregsstrendur. Því miður eru mörg þessara kóralsvæða ekki svipur hjá sjón í dag vegna margra áratuga togveiða, en þau eru vistfræðilega mikilvæg sem uppeldissvæði fyrir nytjafiska og hýsa mikinn fjölbreytileika lífvera.  Kaldsjávarkóröllum stafar mikil hætta af súrnun sjávar vegna þess að þeir finnast í köldum sjó og á miklu dýpi, en eins og áður sagði minnkar kalkmettun með lækkandi hitastigi og auknu dýpi.  Á ákveðnu dýpi byrjar aragónít að leysast upp, eða þegar mettun þess er undir 1 (ΩARAGÓNÍT<1) og er sá þröskuldur þar sem ΩARAGÓNÍT=1 að grynnka.  Það er talið líklegt að þessi þróun muni valda útdauða kórala úr dýpstu lögunum fyrst en þegar fram líða stundir er talið að djúpsjávarkóralar geti horfið alfarið af ákveðnum hafssvæðum.

    Íslenskir kóralar eru á norðurmörkum dreifingar kaldsjávarkóralrifja, enda finnast engin kaldsjávarkóralrif norður af Íslandi þar sem sjórinn er umtalsvert kaldari en sunnan við landið. Sumarið 2010 fór pistlahöfundur í leiðangur á rannsóknarskipinu Bjarna Sæmundssyni ásamt botndýrateymi Hafrannsóknarstofnunnar og var takmarkið að skoða þekkt íslensk kóralsvæði og að reyna að finna áður óþekkt kóralrif.  Til þess var notuð neðansjávarmyndavél en auk þess voru tekin sýni af sjó á mismunandi dýpi til þess að mæla CO2 í sjónum og fræðast um núverandi mettun aragóníts í umhverfi kóralanna. Enn er verið að vinna úr þeim gögnum sem þá fengust en ljóst er að mettun aragóníts umhverfis kóralana var lág (ΩARAGÓNÍT ≤ 2), en þegar aragónít er undir einum byrjar það að leysast upp. Vegna þeirra langtímamælinga á CO2 sem farið hafa fram við Ísland vitum við að kalkmettun í hafinu hér við land fer minnkandi og því er framtíð íslenskra kóralrifja í óvissu vegna súrnunar sjávar.

    Framhald af þessum pistli má sjá hér: Súrnun sjávar og lífríki hafsins II