Óceáni elsavasodás

A kémia a felszín alatt

CO₂, szénsav és a pH csökkenése

Amikor a légköri CO₂ feloldódik a tengervízben, vízmolekulákkal reagálva szénsavat (H₂CO₃) képez. A szénsav gyorsan bikarbonátra (HCO₃⁻) és hidrogénionokra (H⁺) disszociál, majd tovább karbonátra (CO₃²⁻) és további H⁺-ra. A megnövekedett légköri CO₂ netató hatása kettős: a hidrogénion-koncentráció növekszik (csökkenti a pH-t) és a karbonátion-koncentráció csökken. Feely et al. [1] globálisan feltérképezték ezt a folyamatot a World Ocean Circulation Experiment óceáni felmérési adatai alapján, és megállapították, hogy az aragonit telítettségi horizont – az a mélység, amely alatt a tengervíz korrozív az aragonitra – mérhetően sekélyebbé vált mind az Atlanti, mind a Csendes-óceánon az iparosodás előtti időkhöz képest.

Aragonit telítettség: A legfontosabb mutató búvároknak

Az aragonit telítettségi állapota (Ωarag) úgy definiálható, mint a Ca²⁺ és CO₃²⁻ iontermék aránya a tengervízben az aragonit oldhatósági szorzatához képest. Amikor Ωarag > 1, a tengervíz túltelített, és a korallok vázaikat építhetik. Amikor Ωarag < 1, az aragonit spontán oldódik. Az iparosodás előtti trópusi felszíni vizek Ωarago értéke körülbelül 3,5 volt; a jelenlegi értékek átlagosan 2,8 körül mozognak a trópusi korallzátony régiókban, és a jelenlegi kibocsátási pályák szerint évtizedenként körülbelül 0,1–0,2 egységgel csökkennek [2]. Ricke et al. [4] jövőbeli aragonit telítettségi állapotokat modelleztek Földrendszer modell előrejelzésekkel, és megállapították, hogy az RCP8.5 forgatókönyv szerint a korallzátonyok többségénél az Ωarag < 2 lesz még a század közepe előtt – ez a küszöb, amelynél sok korallfajban a meszesedési ráták drasztikusan csökkennek.

Meszesedők a tűzvonalban

Zátonyépítő korallok

Hermatipikus (zooxanthellás) korallok a trópusi zátonyok építészei, és ők a leginkább pH-érzékeny tengeri meszesedők közé tartoznak. Laboratóriumi és mezokozmosz vizsgálatok következetesen kimutatták, hogy a korallok meszesedési rátája 10–40%-kal csökken 0,1 egységnyi pH-csökkenésenként, fajtól és hőmérsékleti előélettől függően. Hoegh-Guldberg et al. [3] több bizonyítékot szintetizáltak, hogy arra a következtetésre jussanak, hogy 500 ppm feletti légköri CO₂ koncentrációk mellett a zátonyok eróziós rátája meghaladja az akkréciót a trópusok nagy részén, alapvetően a zátonyokat a nettó kalcium-karbonát termelőkből nettó vesztesekké változtatva. A búvárok számára ez a topográfiai komplexitás csökkenésével, kevesebb túlnyúló szerkezettel és csökkent korallborítással járó zátonyokban nyilvánul meg – ami éppen azon építészeti jellemzők romlását jelenti, amelyek vizuálisan rendkívülivé teszik a zátonyos búvárkodást.

Tengeri sünök, puhatestűek és kopoltyúslábúak

Az óceánok elsavasodása sokkal több élőlényt érint, mint pusztán a korallokat. A tengeri sünök (kritikus zátony legelők, amelyek az algák elszaporodását szabályozzák) vázdeformitásokat és csökkent felálló képességet mutatnak a néhány évtizeden belül várható pH-értékeknél. A kopoltyúslábúak – szabadon úszó tengeri csigák, gyakran tengeri pillangóknak is nevezik őket, sűrű rajokat alkotnak, amelyeket lazac, hering, bálnák és tengeri madarak fogyasztanak – héjfeloldódást mutatnak olyan pH-értékeken, amelyeket már bizonyos területeken szezonálisan megfigyeltek az óceán déli részén és az USA csendes-óceáni partvidékének feláramlási zónáiban [2]. Orr et al. [2] azt prognosztizálták, hogy a déli óceán felszíni vizei 2050-re alultelítetté válhatnak aragonit szempontjából a jelenlegi kibocsátások mellett, közvetlenül fenyegetve azokat a kopoltyúslábú populációkat, amelyek a sarkvidéki és szub-sarkvidéki táplálékhálózatok alapját képezik. A mérsékelt égövi és hidegvízi búvárhelyeken ez átstrukturált táplálékhálózatokat jelez előre: kevesebb köztes szintű fajt, amelyek vonzzák a pelagikus megafaunát.

Hidegvízi és mélytengeri korallok

A hidegvízi korallok látványos háromdimenziós zátonyszerkezeteket alkotnak 200 és 2000 m közötti mélységekben, aránytalanul nagy diverzitású mélytengeri fajok számára biztosítva alapvető élőhelyet. Mivel a hideg víz több CO₂-t tartalmaz, a hidegvízi korall élőhelyek gyorsabban savasodnak, mint trópusi társaik. Orr et al. [2] kimutatta, hogy az aragonitra korrozív hatású vizek már jelen vannak számos Lophelia pertusa zátony mélységtartományában az Észak-Atlanti-óceánon, és a század közepére ezek az alultelített vizek behúzódnak azokba a mélységi zónákba, ahol a hidegvízi korallvázak jelenleg virágoznak. Sweetman et al. [6] kiszámította, hogy a globális mély-hidegvízi korall élőhelyek akár 70%-a is ki lehet téve korrozív körülményeknek 2100-ra magas kibocsátási forgatókönyvek esetén.

Ha a légköri CO₂ 500 ppm-en stabilizálódik, a korallzátonyok marginális helyzetbe kerülnek; 600 ppm-nél a körülmények halálosak lesznek a legtöbb zátonyépítő korallra nézve.

— Hoegh-Guldberg et al., Science, 2007 [3]

IPCC AR6: A búvárok által nem figyelmen kívül hagyható előrejelzések

Az IPCC Hatodik Értékelő Jelentés I. Munkacsoportja (2021) 18 CMIP6 Földrendszer-modell előrejelzéseit szintetizálta [5]. Az SSP2-4.5 közepes forgatókönyv szerint a felszíni óceáni pH körülbelül 0,2 egységgel csökken 2100-ra, elérve azokat az értékeket, amelyeket utoljára a pliocén korban, mintegy 3 millió évvel ezelőtt mértek. A magas kibocsátású SSP5-8.5 pályán 0,3–0,4 egységnyi pH-csökkenés várható – olyan óceáni körülmények, amelyekre nincs analóg a modern zátonyépítő korall evolúciójának történetében. Kwiatkowski et al. [7] CMIP6 modellek felhasználásával kimutatta, hogy a trópusi felszíni pH SSP5-8.5 alatt 7,95 alá csökken, ami egy olyan szint, amelyen a legtöbb trópusi zátonyrendszer leállítja a nettó meszesedést. Kritikus, hogy ezek az előrejelzések nem veszik figyelembe az óceán felmelegedésével létrejövő szinergetikus kölcsönhatást: a hőmérséklet okozta kifehéredés és az elsavasodás egyidejűleg hat ugyanazokra az élőlényekre, és együttes hatásuk károsabb, mint bármelyik stresszor önmagában [3].

Biológiai nyertesek és vesztesek az elsavasodás hatására

• Vesztesek – aragonit építők: Acropora, Porites, Orbicella korallok; kopoltyúslábúak; tengeri sünök; kagylólárvák; fiatal halak, amelyeknek az otolitja (fülköve) károsodott.
• Vesztesek – kalcit építők (mérsékelten érintettek): Korallalgák, bevonatos mohaállatok – szintén érintettek, de ellenállóbbak, mint az aragonit építők.
• Nyilvánvaló nyertesek – nem meszesedők: Egyes húsos makroalgák és cianobaktériumok elszaporodhatnak, ahogy a korallborítás csökken, felgyorsítva a fáziseltolódást az algaborítású zátonyok felé.
• Környezetfüggő: Egyes halfajoknál viselkedési zavarok (csökkent zsákmánykerülés, szaglásbeli változások) figyelhetők meg a század végére prognosztizált emelkedett CO₂-koncentrációknál.

Amit a búvárok megfigyelnek: A lassított zátonyösszeomlás

Az óceánok elsavasodása nem okoz drámai, egyik napról a másikra bekövetkező tömeges fehéredési látványt. Jelei finomabbak és kumulatívabbak: csökkent szerkezeti komplexitás, mivel a karbonátváz gyorsabban oldódik, mint ahogy pótlódik; törmelékmezők, ahol egykor hatalmas korall-sziklák álltak; tozási hiányosságok, ahol a koralllárvák nem tudnak megtelepedni, vagy a megtelepedés utáni feloldódást szenvedik, mielőtt elég nagyra nőnének ahhoz, hogy hozzájáruljanak a vázhoz. Az évtizedes tapasztalattal rendelkező búvárok ugyanazokon a zátonyokon gyakran élénken beszámolnak ezekről a változásokról – a zátonygerinc fokozatos süllyedéséről, a hajdanán cápáknak és csoportos halaknak menedéket adó túlnyúló szerkezetek elvesztéséről, a gyepalgák terjedéséről a csupasz aljzaton. Hughes et al. [8] dokumentálták a korallborítás pán-trópusi, mintegy 50%-os csökkenését az elmúlt 50 évben, az elsavasodás és a hőmérsékleti fehéredés mint társszereplők hatására.

Az elsavasodás megfigyelése: Eszközök a búvárközösség számára

A Global Ocean Acidification Observing Network (GOA-ON) globális pH- és pCO₂-érzékelő hálózatot tart fenn. A NOAA Ocean Acidification Program éves adatokat tesz közzé a nyilvánosság számára. Számos civil tudományos program – köztük a CoralWatch és a Reef Life Survey – lehetővé teszi a búvárok számára, hogy hozzájáruljanak a fehéredésre és korallborításra vonatkozó adatokkal, amelyek kiegészítik a távoli megfigyelést. Bár a búvárok közvetlenül nem tudják mérni a pH-t egy merülés során, a Coral Triangle Initiative megfigyelési protokolljai és a NOAA National Coral Reef Monitoring Programja tartalmazzák a karbonátkémiai méréseket a kulcsfontosságú búvárhelyek őrállomásain.