Fyrir þremur árum gaf breska jarðfræðafélagið (the Geological Society of London) út yfirlýsingu þar sem meðal annars kom fram að með því að skoða sögu jarðar þá sé ljóst að það stefnir í óefni vegna losunar á CO2. Þar kom fram að nóg væri að skoða jarðfræðileg gögn og að ekki þyrfti að reiða sig á loftslagslíkön eða hitastigsmælingar síðustu áratuga til að staðfesta það sem eðlisfræðin segir okkur: Með því að auka styrk CO2 í lofthjúpnum þá eykst hiti jarðar, sem getur leitt til hærri sjávarstöðu, breytt úrkomumynstri, aukið sýrustig sjávar og minnkað súrefni sjávar.
Í viðauka þeim sem birtist nú fyrir skömmu staðfesta breskir jarðfræðingar fyrri yfirlýsingu sína og bæta nokkru við. Í viðaukanum kemur meðal annars fram að með loftslagslíkönum sjái menn hraðar skammtímabreytingar við útreikninga á jafnvægissvörun loftslags (e. climate sensitivity – þ.e. hnattræn hækkun hitastigs við tvöföldun CO2 í lofthjúpnum). Almennt telja vísindamenn að með því að tvöfalda styrk CO2 í andrúmsloftinu, þá hækki hnattrænn hiti um 1,5-4,5°C, þá vegna hraðra breytinga líkt og breytingar á snjóhulu og útbreiðslu íss, auk breytinga í skýjahulu og vatnsgufu.
Jarðfræðileg gögn sem safnast hafa saman við rannsóknir á fyrri loftslagsbreytingum benda til þess að ef langtímabreytingar eru teknar með í reikninginn, t.d. bráðnun stórra jökulhvela og breytingar í kolefnishringrásinni, þá sé jafnvægissvörun loftslags tvöfallt hærri en loftslagslíkön gefa okkur. Einnig eru í viðaukanum tekin inn ný gögn sem sýna hversu samstíga breytingar á hitastigi og styrk CO2 í lofthjúpnum eru í gegnum jarðsöguna, samkvæmt ískjörnum frá Suðurskautinu.
Styrkur CO2 í lofthjúpnum er núna um 400 ppm, sem er styrkur sem hefur ekki sést síðan á plíósen fyrir 2,6-5,3 milljónum árum síðan. Á þeim tíma þá var hiti um 2-3°C hærri en hann er í dag og sjávarstaða talin allt að 20 m hærri en nú er, meðal annars vegna þess hve mikið minni jöklar Suðurskautsins voru. Ef áfram heldur sem horfir, þá mun styrkur CO2 í lofthjúpnum ná um 600 ppm í lok aldarinnar, en það væri meiri styrkur en verið hefur á jörðinni síðastliðin 24 milljónir ára.
Niðurstaðan er meðal annars sú að frekar lítil hækkun í styrki CO2 í lofthjúpnum og þar með hækkun í hitastigi, veldur töluverðri hækkun í sjávarstöðu – auk þess sem úthöfin verða súrari og súrefnissnauðari. Sambærilegur atburður í jarðsögunni og stefnir í nú*, er PETM (Paleocene-Eocene Thermal Maximum), en sá atburður olli miklum útdauða sjávarlífvera – það tók lífið á jörðinni um 100 þúsund ár að jafna sig á þeim atburði.
—-
*PETM var fyrir um 55 milljónum ára og þó hér sé talað um hann sem sambærilegan atburð við þann sem nú er hafinn, þá er hann um margt ólíkur -hann hófst við mun hærri hita og var ekki eins hraður og sá sem nú er hafinn (sjá hér)
Eina líklega skýringin á núverandi hlýnun er hin gríðarlega styrkaukning á CO2 og öðrum gróðurhúsalofttegundum sem orðið hefur frá upphafi iðnbyltingarinnar. Nýjar samantektir á loftslagi fortíðar ásamt útreikningum á breytingum í möndulhalla og sporbaugi jarðar, sýna að þær breytingar hefðu átt að kæla jörðina síðastliðin nokkur árþúsund – og gerðu það, þar til styrkaukning CO2 hófst af mannavöldum. Sú kólnun hefði síðan átt að halda áfram næstu þúsund ár hið minnsta. Þrátt fyrir það þá sýna gögn að tímabilið frá 1950-2000 er heitasta hálfa öldin síðastliðin 2 þúsund ár.
Mannkynið er að búa til nýjan heim, heim með loftslagi sem samfélög manna hafa ekki þurft að glíma við áður. Miðað við stöðuna í dag, þá lítur ekki út fyrir að þjóðir heims ætli, né vilji taka á þeim vanda sem við blasir. Til þess þarf festu, en einnig hugrekki til að standast þær freistingar sem skammtímagróði vekur og skynsemi til að sjá kostnaðinn sem þessar athafnir manna munu valda til framtíðar.
Nokkrar nýjar greinar og skýrslur undanfarið sýna klárlega að vandi fugla er mikill og verður enn meiri við áframhaldandi loftslagsbreytingar og aðrar neikvæðar breytingar af mannavöldum.
Rauði listinn
Samkvæmt nýju mati þá er á bilinu fjórðungur til helmingur allra tegunda fugla mjög berskjölduð (e. vulnerable) fyrir loftslagsbreytingum. Varað er við því að ef áfram heldur sem horfir í losun manna á gróðurhúsalofttegundum, þá muni þurfa að kosta til miklum verndunaraðgerðum, sem ekki er víst að dugi til.
Þetta nýja mat (Foden o.fl. 2013) var gert af vísindamönnum á vegum International Union for Conservation of Nature (IUCN), sem eru samtök sem meðal annars útbúa svokallaðan Rauða lista yfir tegundir í hættu (Red List of Threatened Species).
Í matinu tóku Foden og félagar tillit til ýmissa þátta sem ekki höfðu áður ratað inn í útreikninga þeirra. Þættir eins og hversu fljótt tegundir gátu flust á milli búsvæða, og hvort á milli svæða væru hindranir, t.d. fjallgarðar. Þá var tekið með í reikninginn líkur á því að tegundirnar geti þróast, t.d. þróast þær dýrategundir hraðar sem fjölga sér hratt.
Niðurstaðan er sláandi, en á bilinu 24 -50% allra fuglategunda eru talin mjög berskjölduð og þá vegna loftslagsbreytinga. Þessi niðurstaða er sambærileg við niðurstöðu rannsóknar sem birtist í Nature fyrir nokkrum árum (Thomas o.fl. 2004), en þar var talið líklegt að um 15-37 % allra dýrategunda yrðu nánast údauðar árið 2050 – vegna loftslagsbreytinga.
Sérstaklega varasöm svæði eru t.d. Amazon frumskógurinn og Norðurskautið, en þar eru breytingarnar einna mestar og mikið af fuglum sem eru mjög aðlagaðir að því loftslagi.
Norrænir fuglar við sjávarsíðuna
Í nýrri tilkynningu frá hinni bandarísku stofnun Fish and Wildlife Service (USFWS 2013) er sagt frá breytingum sem við íslendingar könnumst við. Meðfram ströndum Maine, nyrst á Austurströnd Bandaríkjanna, hafa stofnstærðir ýmissa fugla hrunið undanfarin ár. Þar eins og hér við Íslandsstrendur eru það meðal annars tegundir eins og lundar og kríur sem hafa farið halloka.
Ástæðan er talin vera minnkandi fæða, hvoru tveggja vegna fiskveiða og vegna færslu fiskistofna til norðurs vegna hlýnunar sjávar. Erfiðara reynist því fyrir fugla við sjávarsíðuna að fæða unga sína. Kríustofninn við strendur Maine hefur t.d. hnignað um 40 % á síðustu 10 árum.
Sjávarstöðubreytingar og farflug vaðfugla
Nýlega birtist grein í Proceedings of the Royal Society B (Iwamura o.fl. 2013) um áhrif sjávastöðubreytinga á farflug vaðfugla.
Það hefur verið vitað í nokkurn tíma að sjávarborð sé að hækka vegna hlýnunar jarðar. Nú hafa Iwamura og félagar sýnt fram á hvernig sjávarstöðubreytingar hafa áhrif á vaðfugla. Milljónir vaðfugla stunda farflug milli hlýrra vetrarstöðva og fæðuríkari sumarstöðva á hverju ári. Viðfangsefni rannsóknarinnar var farflug vaðfugla frá Norðurskautssvæðum Rússlands og Alaska og suður eftir til Suðaustur Asíu og Ástralíu. Skoðaðar voru 10 tegundir vaðfugla.
Vísindamennirnir hafa áætlað að við sjávarstöðuhækkanir þá muni flæða yfir 23-40% af búsvæðum við ströndina, sem myndi valda allt að 70% fækkun í stofnum sumra tegunda. Sjávarstöðuhækkanir eru taldar hafa mest áhrif á þær tegundir fugla þar sem stór hluti stofnsins stoppar á einum stað í farfluginu, til að matast og endurnýja orkuna fyrir áframhaldandi för. Þessir flöskuhálsar ákvarða í raun stofnstærð þessara tegunda og því mun eyðilegging þeirra vegna sjávarstöðuhækkanna og annarra athafna mannanna hafa úrslitaáhrif í viðhaldi þeirra.
Fleiri búsvæðabreytingar
Að lokum er rétt að minnast á skýrslu BirdLife International (2013), en þar kemur meðal annars fram að allt að 1 tegund af hverjum 8 séu í útrýmingahættu – og þá sérstaklega vegna búsvæðabreytinga í kjölfar loftslagsbreytinga og landbúnaðar.
BirdLife samstarfið hefur sett niður á kort mikilvæg svæði jarðar fyrir fugla og líffræðilega fjölbreytni (Important Bird and Biodiversity Areas). Þau svæði eru nú orðin yfir 12 þúsund að tölu.
Hér hafa verið kortlögð mikilvæg svæði fyrir fugla og líffræðilega fjölbreytni (Important Bird and Biodiversity Areas) – smellið á mynd til að stækka
Við endum á orðum eins af forsvarsmönnum BirdLife, Dr Leon Bennun – hér lauslega þýtt:
Fuglar eru í raun nákvæmir og auðlæsir umhverfismælar sem sýna glöggt það álag sem lífsmynstur nútímamanna hefur á líffræðilegan fjölbreytileika jarðarinnar.
Ný sérhönnuð flugvél á vegum NASA, flýgur þessi misserin hægt og lágt yfir landsvæði Alaska norðan heimskautsbaugar. Hér er um að ræða vél sem notuð er í verkefni sem kallað er Carbon in Arctic Reservoirs Vulnerability Experiment (CARVE), en það er fimm ára rannsókn sem á að varpa ljósi á hvernig loftslagsbreytingar hafa áhrif á kolefnishringrás norðurslóða.
Í vélinni eru nemar sem greina losun á gróðurhúsalofttegundunum CO2 og metangasi úr þiðnandi sífrera.
Svæði með sífrera ná yfir nærri einn fjórða af meginlöndum norðurhvels jarðar. Verkefnið CARVE (Carbon in Arctic Reservoirs Vulnerability Experiment) sem er á vegum NASA skoðar sífrera norðan við heimskautsbaug í Alaska til að kanna losun á CO2 og metani úr þiðnandi sífrera.Mynd: Hugo Ahlenius, UNEP/GRID-Arendal
Neðanjarðar
Sífreri, frosinn jarðvegur, er víða neðanjarðar á norðurskautinu. Á hverju sumri þá þiðnar efsti hluti jarðvegsins, mismikið þó. Þar sem er hvað kaldast þiðnar einungis tæplega 10 sentimetra lag, en þiðnunin getur verið nokkrir metrar á hlýrri svæðum. Í þessu efsta lagi jarðvegsins, lifa plöntur norðurskautsins. Hið kalda og blauta loftslag norðurskautsins kemur í veg fyrir að plöntur og dýr nái að rotna, þannig að á hverju ári þá bætist í sarpinn lífrænt kolefni, sem svo sekkur niður í sífrerann.
Þýdd skematísk mynd úr grein Schaeffer o.fl. 2011 sem sýnir magnandi svörun við bráðnun sífrera.
Á nokkrum hundruðum þúsunda, jafnvel milljónum ára , hefur jarðvegur sífrera norðurskautsins, safnað miklu magni af lífrænum kolefnum – sem metið er að sé á milli 1.400-1850 petagrömm (petagramm er einn milljarður tonna). Það er um það bil helmingur alls lífræns kolefnis sem jarðvegur jarðarinnar geymir. Til samanburðar þá hafa um 350 petagrömm af kolefni verið losuð við bruna jarðefnaeldsneytis frá 1850. Mikill hluti þessa lífræna kolefnis er í efstu þremur metrunum sem er hvað viðkvæmastur fyrir þiðnun.
Talið er að forskeytið sí í sífrera fari brátt að heyra sögunni til – en norðurskautið og þar með jarðvegur sífrerans er að hlýna hraðar en önnur svæði jarðar. Hlýnunin sem nær smám saman dýpra og dýpra, gerir þessar kolefnisbirgðir óstöðugar og getur losað þær út í andrúmsloftið í formi CO2 og metangass og þar með aukið á gróðurhúsaáhrifin og hlýnun.
Núverandi loftslagslíkön ná ekki fullkomlega að herma hvernig loftslagsbreytingar hafa áhrif á sífrera, né þá hvernig sífrerinn muni hafa áhrif á staðbundið og hnattrænt loftslag. Því er mikilvægt að reyna að mæla breytingar þær sem nú eru að gerast til að hægt sé að áætla meir um framtíðina.
Með fyrrnefndu verkefni, CARVE, sem nú er á sínu þriðja ári er einmitt verið að auka þekkingu og skilning á því hvernig vatns- og kolefnishringrás norðurskautsins tengist loftslagi. Hingað til hefur vitneskja okkar um hvernig sífrerinn bregst við hlýnuninni, verið takmörkuð.
Í flugvélinni eru háþróuð tæki sem “lykta” af andrúmsloftinu í leit sinni að gróðurhúsalofttegundum. Einnig eru nákvæmar litrófsmyndavélar sem greina hvernig sólarljós endurkastast frá yfirborði jarðar og mælir þannig styrk CO2, metans og CO í andrúmsloftinu. Þær mælingar eru kvarðaðar með mælingum við jörðu á nokkrum lykilstöðum. Á þessum lykilstöðum eru tekin loftsýni auk mælinga á raka í jarðvegi og hitastigi, til að ákvarða hvort jarðvegurinn er frosinn, þiðinn eða vatnssósa.
Ekki eru allar gróðurhúsalofttegundir jafnar
Svarthvít mynd tekin með Gambit gervihnettinum árið 1966 (vinstri) sýnir sífrera með stökum runnum, en mynd tekin árið 2009 (hægri) sýnir mun þéttvaxnari runna.Myndir frá U.S. Geological Survey.
Það er mikilvægt að flokka jarðveginn og hver staðan er í yfirborðinu. Það er fylgni milli jarðvegsgerða og hvernig hann losar CO2 og metan. Jarðvegur norðurskautsins hefur í gegnum tíðina bundið meira af kolefni en hann hefur losað. Ef loftslagsbreytingar gera norðurskautið heitt og þurrt, þá búast vísindamenn við að þau muni losa kolefni í formi CO2. Hins vegar ef það hlýnar og verður að auki blautara, þá muni losunin verða að mestu leyti metan.
Munurinn þar á milli er mikill. Ef borið er saman, sami fjöldi mólikúla af CO2 og metani, þá er metan 22 sinnum áhrifameiri gróðurhúsalofttegund en CO2 á 100 árum – en 105 sinnum áhrifameiri ef tekið er 20 ára tímabil. Því er mikilvægt að vita í hvaða magni metan og CO2 losna úr sífreranum. Aðrir mikilvægir þættir sem rannsakaðir eru og hafa áhrif á losun sífrerans, er t.d. tímasetning vorleysinga og lengd þess tímabils sem gróður vex – en það eru þættir sem hafa áhrif á hvort ákvæðin svæði losa eða binda kolefni.
Fyrstu niðurstöður
Niðurstöður streyma inn og segja vísindamenn að nú þegar sé ljóst að losunin á metani og CO2 er önnur en líkanareikningar gerðu ráð fyrir. Á stórum svæðum í miðhluta og norður Alaska var meira útstreymi á CO2 og metani úr jarðveginum, en venjulegt getur talist. Sem dæmi var mikið streymi á metani úr mýrum Innoko víðáttunnar og urðu mæligildin á tímabili um 650 ppb hærri en bakgrunnsgildin.
Líklega munu áframhaldandi rannsóknir á sífreranum auka skilning okkar á því hvort einhvern vendipunkt (e. tipping point) er að finna í sífreranum, þ.e. hvort hætt sé við að hlýnunin verði það mikil að ekki verði aftur snúið og að sífrerinn taki til við að auka á gróðurhúsaáhrifin óháð okkur mönnunum.
Víða streymir metan
Metan sreymir víða úr jarðlögum, meðal annars frá landbúnaði og nú nýlega hefur orðið vart við mikið uppstreymi af sjávarbotni norður af Síberíu (frétt á RÚV). Styrkur metans í andrúmsloftinu hefur verið að aukast jafnt og þétt og er nú orðinn 1800 ppb (parts per billion) en fyrir iðnbyltinguna var styrkur þess í kringum 700 ppb. Eins og kemur fram í fréttinni um uppstreymið norður af Síberíu, þá er talið að fyrir um 55 milljónum ára (PETM – Paleocene Eocene Thermal Maximum) hafi orðið mikið streymi metans úr metangeymum jarðar. Sá atburður jók hitann um nokkrar gráður, auk þess sem mikill fjöldaútdauði varð hjá sjávarlífverum, vegna súrnunar sjávar (sem var vegna auksins CO2 í andrúmsloftinu). Þó sá atburður hafi verið hraður þá er talið að nú séu úthöfin að súrna 10 sinnum hraðar.
Hvort og hvenær streymi metans úr sífrera á landi eða hafsbotni fer að nálgast hættuleg mörk eru upplýsingar sem við höfum varla efni á að bíða eftir – svo alvarlegt er það ef farið verður yfir þá vendipunkta. En víst er að á meðan þjóðir heims ströggla við að finna lausnir til að draga úr losun gróðurhúsalofttegunda þá styttist óhjákvæmilega í þá vendipunkta.
Nú þegar er skel sumra sjávarsnigla í Suðurhöfum byrjuð að eyðast upp vegna súrnunar sjávar, samkvæmt nýrri rannsókn.
Í greiningu á vængjasniglum sem tekin voru í grennd við Suðurskautið árið 2008, kom í ljós óvenjuleg rýrnun á skeljum dýranna, sem vísindamenn telja að séu mögulega vísbendingar um að súrnun sjávar af völdum aukins styrks CO2, sé nú þegar farin að hafa áhrif á viðkvæmustu sjávardýrin.
Greiningar á rannsóknastofum hafa sýnt að súr sjór ógni tilveru margra sjávarhryggleysingja, líkt og skeldýra og kóraldýra – því geta þeirra til að mynda skel og utanáliggjandi beinagrind minnkar. Viðkvæmust eru dýr sem, líkt og vængjasniglar, byggja skeljar sínar úr aragóníti, en það er kalsíum karbónat sem er einstaklega viðkvæmt fyrir aukinni súrnun.
Samkvæmt vísindamönnum, þá er pH stig úthafanna að lækka hraðar nú en nokkurn tíman síðastliðin 300 milljón ár.
Þýðing á umfjöllun í vefritinu Yale Environment 360. Súrnun sjávar er yfirleitt kallað hitt CO2 vandamálið
Rannsóknaskipið Joides Resolution
JOIDES Resolution minnir óneitanlega á furðulegan blending olíuborpalls og flutningaskips. Það er þó í raun rannsóknaskip sem vísindamenn nota til að ná upp setkjörnum úr botni sjávar. Árið 2003 fóru vísindamenn í rannsóknaleiðangur með skipinu á Suðaustur Atlantshafið og náðu upp merkilegu sýni úr setlögum af hafsbotni.
Þeir höfðu borað niður í setlög sem höfðu myndast á milljónum ára. Elsta setlagið var hvítt og hafði myndast við botnfall kalk-ríkra lífvera og svipar til kalksteins eins og sést í hamraveggjum Dover á suðurhluta Englands (White cliffs of Dover).
Setkjarni sem sýnir setlög fyrir um 55 milljón árum. Skörp skil á milli karbónat skelja (ljósgrátt) og leirsets (rautt) bendir til þess að skeljar hafi leysts upp vegna súrnunar sjávar þess tíma.
Þegar vísindamennirnir skoðuðu setlögin sem mynduðust fyrir um 55 milljón árum síðan, þá breyttist liturinn á augnabliki (jarðfræðilega séð).
“Inn á milli í þessu hvíta setlagi er stór kökkur af rauðum leir” segir Andy Ridgwell, jarðfræðingur hjá Háskólanum í Bristol.
Með öðrum orðum, hin smágerða skeldýrafána djúpsjávarins nánast hvarf. Flestir vísindamenn eru núna sammála því að þessi breyting hafi verið út af lækkun á pH gildi sjávar. Sjórinn varð það tærandi að stofnar sjávardýra með kalkskeljar hnignuðu töluvert. Það tók síðan hundruðir þúsunda ára fyrir úthöfin að jafna sig á þessu áfalli og fyrir sjávarbotninn að verða hvítan aftur.
Leirin sem að áhöfn JOIDES Resolution drógu upp má líta á sem viðvörun um hvernig framtíðin getur orðið. Með þeirri miklu losun á CO2 sem nú er, þá er hætt við að sjórinn súrni líkt og þá.
Fyrr í vikunni birtu Ridgwell og Schmidt rannsókn sína í tímaritinu Nature Geoscience, þar sem þau bera saman það sem gerðist í höfunum fyrir 55 milljón árum við það sem er að gerast nú. Rannsóknir þeirra staðfesta það sem aðrir vísindamenn hafa talið: Súrnun sjávar í dag er meiri og hraðari en nokkuð sem að jarðfræðingar hafa fundið í jarðlögum síðustu 65 milljónir ára. Reyndar ef skoðað er hraði súrnunar og styrkur – Ridgwell telur að núverandi súnun sjávar sé að gerast tíu sinnum hraðar en í upphafi útdauðans fyrir 55 milljónum ára – þá má búast við endalok margra sjávarlífvera, sérstaklega djúpsjávartegunda.
“Þetta er næstum fordæmalaus jarðfræðilegur atburður,” segir Ridgwell.
Þegar við brennum jarðefnaeldsneyti, þá dælum við CO2 út í andrúmsloftið, þar sem lofttegundin veldur gróðurhúsaáhrifum. En mikið af þessu CO2 helst ekki við í loftinu, heldur dregur sjórinn það í sig. Ef ekki væri vegna þess, þá telja loftslagsfræðingar að jörðin væri enn heitari en hún er í dag. Jafnvel þótt sjórin bindi mikið af CO2, þá var síðasti áratugur sá heitasti frá því mælingar hófust. En þessi kolefnisbinding sjávarins gæti reynst dýrkeypt, þar sem hún er að breyta efnafræði sjávar.
Við yfirborð sjávar er er pH gildið venjulega um 8-8,3. Til samanburðar þá er hreint vatn með pH gildið 7 og magasýrur eru um 2. Í vökva er pH gildið ákvarðað út frá hversu mikið af jákvætt hlöðnum vetnisjónum eru flæðandi í efninu. Því meira af vetnisjónum, því lægra er pH gildið. Þegar CO2 binst sjónum, þá lækkar það pH gildi sjávar við efnahvörf.
Það magn sem menn hafa losað út í andrúmsloftið af CO2, frá upphafi iðnbyltingarinnar hefur nú þegar lækkað pH gildið um 0,1. Það gæti virst lítið, en það er það ekki. Skalinn sem pH kvarðinn byggir á er lógaritmískur (veldisfall), sem þýðir að það eru tíu sinnum fleiri vetnisjónir í vökva með pH 5 heldur en í vökva með pH 6 – og hundrað sinnum meira en í vökva með pH 7. Það þýðir að fall um eingöngu 0,1 pH þýðir í raun að styrkur vetnisjóna í sjónum hefur aukist um 30% síðastliðnar tvær aldir.
Breyting á pH gildi sjávar frá 18. öld til lok 20. aldar. Mynd fengin af earthtrends.wri.org.
Til að komast að því hvernig súrnun sjávar muni hafa áhrif á líf í sjónum, hafa vísindamenn gert tilraunir í rannsóknarstofum þar sem þeir fylgjast með lífverum við mismunandi pH gildi. Niðurstöður þeirra rannsókna hafa valdið áhyggjum – sérstaklega meðal lífvera sem nota kalk til að byggja brynju sína, líkt og hjá kóröllum og götungum. Aukið magn vetnisjóna við lægra pH gildi hvarfast við kalk sem breytir því í önnur efnasambönd sem gera dýrunum erfitt að byggja skel sína.
Þessar niðurstöður þykja slæmar, ekki aðeins fyrir þessar ákveðnu tegundir dýra, heldur fyrir vistkerfin í heild sem þau eru hluti af. Sumar þessara tegunda eru mikilvægar fyrir heilu vistkerfin í sjónum. Smásæjar lífverur sem byggja kalkskel eru sumar hverjar undirstöðufæða skelja og fiska, sem síðar eru fæða stærri lífvera. Kórallar á hinn bóginn eru aftur heimkynni um fjórðungs líffræðilegs fjölbreytileika sjávar.
En tilraunir á rannsóknastofum, sem ná yfir nokkra daga eða vikur, geta aldrei sagt til um það hvernig súrnun sjávar mun hafa áhrif á jörðina. “Það er ekki augljóst hvað þetta mun þýða í raunveruleikanum” segir Ridgwell.
Ein leið til að fá meiri upplýsingar um mögulegar afleiðingar súrnunar sjávar er að skoða sjálfa sögu sjávar, sem er það sem Ridgwell og Schmidt gerðu í sinni athugun. Við fyrstu sýn þá virðist sagan segja okkur að ekki sé neitt til að hafa áhyggjur af. Fyrir hundruð milljónum ára var mun meira CO2 í andrúmsloftinu og pH gildi sjávar 0,8 einingum lægra en nú. Samt sem áður var mun meira af kalki fyrir götunga og aðrar tegundir. Það var á því tímabili sem sjávarskeldýr mynduðu kalksteininn sem varð að lokum að kalksteinsbjörgunum í Dover (White Cliffs of Dover).
White Cliffs of Dover
Það er þó stór munur á jörðinni nú og fyrir 100 milljónum ára. Þá breyttist styrkur CO2 í andrúmsloftinu hægt og á milljónum ára. Þessar hægu breytingar komu af stað öðrum efnahvörfum sem breyttu efnafræði jarðar. Þegar jörðin hitnaði, þá jókst úrkoma, sem gerði það að verkum að meira af uppleystum efnum flutu með farvegum frá fjöllum og niður í höfin, þar sem þau breyttu efnafræði sjávar. Þrátt fyrir lágt pH gildi, þá var nóg af uppleystu kalki í sjónum fyrir kóralla og aðrar tegundir.
Í dag er styrkur CO2 að aukast svo hratt í andrúmsloftinu að það á sér fáar hliðstæður. Meiri veðrun samfara hlýnun, nær alls ekki að bæta upp þessa lækkun í pH gildi, næstu hundruðir þúsunda ára.
Vísindamenn hafa grandskoðað steingervingagögn fyrir það tímabil í sögu fortíðar sem gæti hvað helst gefið okkur vísbendingar um það hvernig jörðin mun bregðast við þessum aukna styrk CO2 í andrúmsloftinu. Komið hefur í ljós að fyrir 55 miljónum ára gekk jörðin í gegnum svipaðar breytingar. Vísindamenn hafa áætlað að 6,8 billjónir tonna af kolefni hafi losnað út í andrúmsloftið á um 10 þúsund árum.
Óljóst er hvað olli því að þvílíkt magn af kolefni barst út í andrúmsloftið, en það hafði töluverð áhrif á loftslagið. Hitastig jókst um 5-9°C og margar djúpsjávartegundir urðu útdauðar, mögulega vegna þess að pH gildi djúpsjávar lækkaði.
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 aðstæður við þessar fornu náttúruhamfarir (þekktar undir nafninu Paleocene-Eocene thermal maximum – PETM) eru ekki eins og þær eru í dag. Hitastig var hærra áður en kolefnissprengjan sprakk og pH gildi sjávar var lægra. Einnig var lega meginlandanna önnur en hún er í dag, vindakerfi lofthjúpsins önnur og sjávarstraumar aðrir. Allir þessir þættir hafa mikil áhrif á súrnun sjávar. Sem dæmi þá breytast áhrif lágs pH gildi á kalkmyndandi lífverur eftir þrýstingi og hitastigi sjávar. Neðan við visst dýpi sjávar, þá verður sjórinn of kaldur og þrýstingur of mikill að ekkert kalk er til staðar fyrir kalkmyndandi lífverur. Sá þröskuldur er kallaður mettunarlag (e. saturation horizon).
Til að hægt yrði að gera almennilegan samanburð milli PETM og aðstæðna í dag, bjuggu Ridgwell og Schmidt til líkön af úthöfunum fyrir báða tímapunkta. Þau gerðu sem sagt sýndarútgáfu af jörðinni fyrir 55 miljónum ára og keyrðu líkanið þar til það það sýndi stöðugt ástand. Þá kom í ljós að pH gildi sem líkanið leiddi í ljós passaði vel við það sem áætlað hefur verið, fyrir höfin, fyrir 55 miljónum ára. Einnig bjuggu þeir til aðra útgáfu sem sýndi jörðina í dag – með núverandi legu meginlandanna, meðalhita og öðrum breytum. Þegar líkanið varð stöðug þá var pH gildið það sama og í dag.
Ridgwell og Schmidt skeltu síðan í þessi líkön mikla innspýtingu af CO2. Þeir bættu 6,8 billjónir af kolefni á 10 þúsund árum á P’ETM tímabilinu. Með því að nota íhaldsamar spár um framtíðarlosun CO2 þá ákváðu þau að bæta við 2,1 billjón tonna af kolefni fyrir næstu aldir í líkanið fyrir jörðina eins og hún er í dag. Þau notuðu síðan líkönin til að áætla á hvaða dýpi kalk myndi leysast upp fyrir mismunandi dýpi sjávar.
Munur milli þessara tveggja líkana var sláandi. Niðurstaðan var sú að súrnun sjávar nú er að gerast um tíu sinnum hraðar en fyrir 55 milljónum ára. Á meðan mettunarlagið fór upp í 1500 metra dýpi fyrir 55 milljónum ára, þá mun það að öllum líkindum ná upp í um 550 metra að meðaltali árið 2150 samkvæmt líkaninu.
Sýnishorn af lifandi bertálkna (limacina helicina) (a) við pH gildi 8,09 og (b) við pH gildi 7,8 (mynd úr grein Comeau ofl)
Súrnun sjávar á PETM var nógu öflug til að koma af stað viðamikilum útdauða í djúpsjónum. Í dag gerist súrnunin hraðar og telja vísindamennirnir að þær breytingar muni setja af stað nýja bylgju útdauða. Steingervingafræðingar hafa ekki fundið útdauða í kóröllum eða öðrum kalkmyndandi tegundum við yfirborð sjávar á PETM. En þar sem súrnun sjávar nú er mun meiri en þá, þá er ekki hægt að útiloka að hún muni hafa áhrif á lífverur á minna dýpi. “Við getum ekki sagt með vissu hver áhrifin verða á vistkerfi grunnsjávar, en það er næg ástæða til að hafa áhyggjur”, segir Ridgwell.
Ellen Thomas, sérfræðingur í forn-haffræði í Yale University, segir að þessi nýja grein sé “mjög mikilvæg í sambandi við hugmyndir okkar um súrnun sjávar.” En hún bendir á að fleira hafði áhrif á lífverur sjávar á þessum tíma heldur en lækkun pH gildis. “Ég er ekki sannfærð um að þetta sé öll sagan,” segir hún. Hitastig sjávar jókst og súrefni í sjónum minnkaði. Saman þá höfðu allar þessar breytingar flókin áhrif á líffræði sjávar fyrir 55 milljónum árum síðan. Vísindamenn verða nú að ákvarða hvaða sameiginlegu áhrif þau geta haft í framtíðinni.
Jarðefnaeldsneytis knúið samfélag okkar er að hafa áhrif á líf um alla jörðina, samkvæmt rannsókn vísindamanna eins og Ridgwell – jafnvel lífverur sem lifa á yfir þúsund metra dýpi verða fyrir áhrifum. “Umfang aðgerða okkar geta orðið alveg hnattrænar,” segir Ridgwell. Það er möguleiki að setlög sjávar sem myndast næstu aldir muni breytast frá því að vera hvítt kalk og yfir rauðan leir, þegar súrnun sjávar mun hafa varanleg áhrif á vistkerfi djúpsjávar. “Það mun gefa fólki eftir hunduðir milljóna ára eitthvað til að bera kennsl á samfélag okkar”.
Þá viljum við minna á áhugaverðan fyrirlestur sem Jón Ólafsson haffræðingur mun halda laugardaginn 20. febrúar, en þar mun hann fjalla um súrnun sjávar auk annars – Sjór, súrnun og straumar.
Samanburður á nákvæmum glósum sem náttúrufræðingurinn Henry David Thoreau skildi eftir sig og gögn um nútíma veður og blómstur blóma hafa gert vísindamönnum kleyft að sýna fram á breytingu á vorkomu í austur Massacusetts síðastliðin 150 ár.
Vísindamenn frá Boston háskóla skoðuðu einmitt gögn frá Thoreau og fleiri náttúrufræðingum og komust að því að 43 algengar blómategundir blómstra að meðaltali 10 dögum fyrr nú en fyrir 150 árum síðan. Þær tegundir sem ná ekki að aðlagast eru að hverfa samkvæmt rannsókninni. 21 tegund af orkideum (e. orchid) uxu villtar í nágrenni heimabæjar Thoreau, Concord á þessum tíma – nú eru þær bara sex. Frá árinu 1860 hefur hitastig í Concord aukist um 2,5°C.
Vísindamenn telja að þessi blómategund, Nevadensia purpurea, gæti horfið úr flóru evrópskra fjalla á næstu áratugum. (Mynd, Harald Pauli)
Ný rannsókn bendir til þess að loftslagsbreytingar valdi meiri breytingum á háfjallaflóru en áður hefur verið talið og að sumar blómategundir geti horfið endanlega innan nokkurra áratuga.
Eftir söfnun sýna frá 60 fjallatoppum í 13 Evrópulöndum – árin 2001 og 2008 – þá komst teymi evrópskra vísindamanna að því að kulsæknar plöntur eru að hörfa á kostnað þeirra planta sem þrífast betur við hlýnandi loftslag. Fyrri rannsóknir höfðu bent til svipaðra niðurstaðna staðbundið, en hér hefur þessu verið lýst í fyrsta skipti yfir heila heimsálfu.
Hraði þessara breytinga hefur komið á óvart, en plöntur sem reyna að flytja sig um set með landnámi ofar í hlíðum fjallatinda lenda óhjákvæmilega að endamörkum við áframhaldandi hlýnun.
Frá því fyrstu lífverur jarðar urðu til, fyrir um 3,8 milljörðum ára, þá hefur hurð skollið nærri hælum fyrir lífverur jarðar oftar en einu sinni. Á síðustu 500 milljón árum, þá hafa fimm sinnum orðið fjöldaútdauði lífvera (e. mass extinction). Þeir eru kallaðir af vísindamönnum Hinir fimm stóru (e. The Big Five). Þeir urðu í lok Ordóvisían, lok Devon, á mörkum Perm og Trías, í lok Trías og svo Krít-Tertíer. Þar á meðal er útdauðinn sem flestir kannast við, fyrir um 65 milljón árum sem þurrkaði út risaeðlurnar (Krít-Tertíer). Flestir vísindamenn telja að sá útdauði hafi orðið vegna loftsteinaregns og afleiðinga þess. Hins vegar eru vísindamenn alls ekki sammála um það hvað olli mun alvarlegri útdauða löngu fyrir þann tíma.
Á mörkum Perm og Trías, fyrri um 252 milljónum árum síðan, þá þurrkaðist út um 90-95 % af öllu lífi jarðar, jafnt hjá lífverum á þurrlendi sem og hjá sjávardýrum. Hinn mikli dauði (e. The Great Dying), eins og hann er stundum kallaður var alvarlegastur allra fjöldaútdauða lífvera í sögu jarðar og líklega sá tími sem jarðlíf hefur komist næst því að þurrkast út – algjörlega. Tilgátur um ástæður útdauðans eru mikil eldvirkni, súrefnisþurrð sjávar og – sem þykir ólíklegt – árekstur loftsteina.
Þó ástæða þessara hamfara sé óljós, þá hefur rannsóknateymi (Shen o.fl. 2011) staðfest að útdauðinn gekk mjög hratt yfir eða á um 20 þúsund árum. Það er gríðarlega stutt tímabil á jarðfræðilegum skala.
Zirkon
Teymið rannsakaði meðal annars setlög í Meishan í suður Kína en þar er kalsksteinsnáma og talið að þar séu langbest varðveittu setlögin sem sýna mörk Perm og Trías. Greind voru leirsýni úr öskulögum ofan og neðan við mörkin og steindin zirkon einangrað úr lögunum. Hægt er að nota zirkon til að mæla aldur, en í þeirri steind finnast úraníumsamsætur og hlutfall þeirra breytist með aldrinum. Hlutfall úraníumsamsæta í zirkoni, segir því til um hversu langt er síðan zirkon-steindin varð til, við eldvirkni. Með því að greina um 300 zirkon-steindir, þá kom í ljós að aldursmunurinn á öskulögunum ofan og neðan við mörk Perm og Trías var einungis um 20 þúsund ár.
Talið er að þessar aldursgreiningar muni hjálpa til við að útskýra ástæður útdauðans, en vinsælasta útskýringin til þessa er hin mikla eldvirkni sem varð í Síberíu á svipuðum tíma. Með nákvæmari aldursgreiningum kemur vonandi í ljós hvort sú eldvirkni varð á nákvæmlega sama tíma.
Lega landmassa í lok Perm
Vísindamennirnir greindu einnig kolefnissamsætur í setbergi frá sama tímabili og kom í ljós að styrkur CO2 í andrúmsloftinu og úthöfunum jókst gríðarlega sem varð þess valdandi að lífverur á landi og í sjó dóu út. Óljóst er hvaðan þetta CO2 kom og er það ein af ráðgátunum sem eftir er að leysa varðandi útdauðann á Perm-Trías.
Útreikningar benda til þess að styrkaukningin þá, hafi verið lítillega hægari en sú styrkaukning sem er að verða nú af völdum losunar manna á CO2 – sem er mest vegna bruna jarðefnaeldsneytis. Þessi styrkaukning virðist hafa leitt til mikillar hnattrænnar hlýnunar, sem var ein meginorsök útdauðans. Að auki fundust ummerki mikilla skógarelda, sem í samvinnu við hina hnattrænu hlýnun virðist hafa leitt til umfangsmikillar jarðvegseyðingar, sem hefur gert víðáttumikil landsvæði þurr og ólífvænleg.
Þegar loftslag jarðar sveiflast á milli hlýrra og kaldra tímabila hafa lífverur oft þurft að flytja sig um set til að halda sér innan síns kjörlendis.
Ný grein sem birtist í Science og vísindamenn í háskólanum í Árhúsum í Danmörku höfðu yfirumsjón um (Sandel o.fl. 2011) fjallar um aðferðir við að kortleggja hversu hratt lífverur verða að flytjast búferlum til að halda í við loftslagsbreytingar. Það kom í ljós að staðbundnar lífverur – sem eru stór hluti af hinum líffræðilega fjölbreytileika jarðar – eru oftast á svæðum þar sem ekki hefur verið mikil þörf á búferlaflutningum. Loftslagbreytingar af mannavöldum, þær sem nú eru í gangi, eru taldar munu auka á álag og þörf lífvera til að flytjast búferlum – og auka áhættu í viðkomandi vistkerfum.
Við hámark síðasta kuldaskeiðs ísaldar (fyrir um 21 þúsund árum) var loftslag jarðar mun kaldara og margar tegundir lífvera lifðu á öðrum svæðum en þau gera í dag. Sem dæmi bjuggu margar tegundir dýra í suður Evrópu, sem nú eru í norður Evrópu. Vísindamenn hafa spurt sig hversu hratt þær tegundir þurfi að flytjast búferlum til að halda í við loftslagsbreytingar. Einnig hvort munur er á núverandi samfélögum lífvera, þ.e. milli svæða þar sem flutningar þurftu að gerast hratt eða svæða þar sem litlar breytingar hafa orðið.
Þörf á flutningshraða var metinn með því að reikna hversu hratt skilyrði hafa breyst við yfirborð jarðar. Þessi hraði fylgir bæði hitabreytingum og landslagi. Þar sem miklar hæðabreytingar eru, þá þurfa lífverur oft ekki að fara langa leið til að finna sambærileg búsvæði við loftslagsbreytingar – þær fara einfaldlega upp eða niður hlíðar fjallanna – sem leiðir af sér litla þörf á flutningshraða.
En hvað gerist ef tegund getur ekki flust eins hratt og hún þarf til að halda í við loftslagsbreytingar? Útbreiðsla hennar gæti minnkað og í sumum tilfellum þá geta tegundir dáið út. Þetta gerist helst ef hraði loftslagsbreytinga er mikill miðað við útbreiðslu tegunda. Í rannsókninni var þetta kannað með því að kortleggja munstur í fjölbreytileika tegunda sem búa staðbundið (á takmörkuðu svæði). Kannaðar voru flestar tegundir froskdýra, spendýra og fugla jarðar. Mikill þéttleiki á staðbundnum tegundum lífvera var þar sem þörf á flutningshraða var lítill (t.d. í Andesfjöllum suður Ameríku). Að sama skapi þá var lítið um staðbundnar tegundir þar sem flutningshraði þurfti að vera hár (t.d. í norður Evrópu).
Þau dýr sem eiga erfitt með að flytja sig um set (t.d. froskdýr) urðu mest fyrir barðinu á hröðum breytingum – á meðan það hafði ekki eins mikil áhrif á fugla. Innan spendýra þá sýndu leðurblökur svipað munstur og fuglar. Þannig virðast bein tengsl á milli hraða flutningsþarfar og getu tegunda til að dreifa sér og þar með líkur á því að þær lífverur deyi út við loftslagsbreytingar.
Hraði loftslagsbreytinga af mannavöldum er talin eiga eftir að aukast. Að sama skapi eru svæði á jörðinni þar sem litlar breytingar hafa orðið í gegnum tíðina – t.d. Amazon suður ameríku og stór hluti Afríku – og búist er við að verði fyrir miklum og hröðum breytingum á þessari öld. Á þeim svæðum eru tegundir sem ekki hafa mikla útbreiðslu og hafa litla getu til að flytja sig um set. Því er hætt við fjölgun útdauða lífvera við þær loftslagsbreytingar, sem búist er við þar, á næstu áratugum.
Ef halda á því fram að hnattræn hlýnun sé góð, þarf að loka augunum fyrir neikvæðum áhrifum hennar. Ein af algengustu rökunum er að CO2 sé „fæða planta“ og aukin losun á CO2 sé því af hinu góða. Þau rök hundsa þá staðreynd að plöntur þurfa meira en CO2 til að lifa af. „Áburðaráhrif CO2“ eru takmörkuð og verða fljótlega yfirgnæfð af neikvæðum áhrifum aukins varmaálags og tíðari þurrka í framtíðinni [48,49]. Undanfarna öld hafa alvarlegir þurrkar aukist hnattrænt og er búist við því meiri aukningu í framtíðinni [12]. Plöntur geta ekki nýtt sér aukið magn CO2 í lofthjúpnum ef þær eru að drepast úr þorsta [50].
Þurrkar í fortíð og framtíð með vísitölu Palmers um alvarleika þurrka. Blá litbrigði þýða blautar aðstæður og rauð þýða þurrka. Talan -4 eða lægri bendir til mjög alvarlegra þurrka (51)
Margar af afleiðingum hnattrænnar hlýnunar hafa engar jákvæðar hliðar. Milli 18 og 53% núlifandi plantna- og dýrategunda gætu verið í útrýmingarhættu fyrir árið 2050 [52]. Úthöfin gleypa í sig mikið af CO2 úr lofthjúpnum, sem veldur súrnun sjávar [53]. Það er talið munu hafa mikla röskun í för með sér fyrir alla fæðukeðju sjávar, til viðbótar við þau neikvæðu áhrif sem bleiking af völdum hlýnunar sjávar veldur [54]. Það er áætlað að um það bil einn milljarður manna reiði sig á sjóinn fyrir töluverðan hluta (>30%) þeirra próteina sem þeir fá úr fæðu [55].
Við hörfun jökla og minnkandi snjó í fjöllum minnkar einnig vatnsforði milljóna manna sem treysta á þann ferskvatnsforða, sérstaklega sem áveitu í landbúnaði [33]. Svipað er upp á teningnum ef skoðaðar eru sjávarstöðubreytingar og aukin tíðni sjávarflóða, en það getur haft áhrif á milljónir manna á þessari öld þegar selta eykst í hrísgrjónaökrum, fljótum og brunnum þannig að milljónir manna gætu þurft að flytja sig um set. Þeir flutningar gætu aftur orðið til þess að auka hættu á átökum [56].
Þegar einhver segir að hnattræn hlýnun sé góð og bendir á staðbundin jákvæð áhrif, er vert að hafa í huga að flest bendir til þess að í heildina verði neikvæðu áhrifin mun meiri en þau jákvæðu.
Fyrir þremur árum gaf breska jarðfræðafélagið (the Geological Society of London) út yfirlýsingu þar sem meðal annars kom fram að með því að skoða sögu jarðar þá sé ljóst að það stefnir í óefni vegna losunar á CO2. Þar kom fram að nóg væri að skoða jarðfræðileg gögn og að ekki þyrfti að reiða sig á loftslagslíkön eða hitastigsmælingar síðustu áratuga til að staðfesta það sem eðlisfræðin segir okkur: Með því að auka styrk CO2 í lofthjúpnum þá eykst hiti jarðar, sem getur leitt til hærri sjávarstöðu, breytt úrkomumynstri, aukið sýrustig sjávar og minnkað súrefni sjávar.
