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.

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.

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 (Ω_ARAGÓNÍT > 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 (Ω_ARAGÓNÍT = 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.

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

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.

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).

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

Athugasemdir

ummæli