De wereld oceanen bedekken meer dan 70 procent van de planeet oppervlak en dienen als de Aarde grootste actieve koolstof spoelbak, absorberen ongeveer een kwart van de kooldioxide (CO2) die menselijke activiteiten vrijkomen in de atmosfeer. Deze natuurlijke dienst gematigd wereldwijde temperaturen en buffers de ergste effecten van klimaatverandering. Maar het proces dat de oceanen een klimaat bondgenoot ook een diepe en groeiende bedreiging: oceaanverzuring. Als CO2 concentraties stijgen, zeewaterchemie verandert, het mariene leven van microscopisch plankton in gevaar brengen van torenhoge koraalriffen. Het verlies van mariene biodiversiteit vermindert de capaciteit van de oceanen om het klimaat te reguleren, het creëren van een gevaarlijke feedback lus die de wereldwijde opwarming versterkt, de visserij verstoort en de voedselzekerheid ondermijnt voor miljarden mensen.

De Chemie van Ocean Acidification

Hoe CO2 Alters zeewater pH

Wanneer atmosferische CO2 oplost in zeewater, ondergaat het een reeks chemische reacties. Eerst reageert CO2 met water (H2O) om koolzuur te vormen (H2CO3). Dit zwakke zuur gaat snel los in waterstofionen (H+) en bicarbonaationen (HCO3−). De toename van waterstofionen verlaagt de pH van de oceaan. Sinds de industriële revolutie is de pH van de oppervlaktezee met ongeveer 0,1 eenheden gedaald, wat neerkomt op een toename van 30 procent zuurgraad. De verandering is ongeveer 100 keer sneller dan elke natuurlijke verschuiving in de afgelopen 55 miljoen jaar, volgens het Intergouvernementele Panel inzake Klimaatverandering.

De koolstofsaturatiestaat

Een kritisch gevolg van verhoogde waterstofionconcentratie is de reductie van carbonaationen (CO32−). Carbonaationen zijn de bouwstenen die mariene organismen gebruiken om calciumcarbonaat (CaCO3) te construeren. Als de pH daalt, wordt carbonaat minder beschikbaar en de verzadigingstoestand van calciumcarbonaatmineralen aragoniet en calciet traclines. Wanneer water wordt onderverzadigd met betrekking tot aragoniet, dat is de vorm van calciumcarbonaat gebruikt door koralen en vele mollusken, kunnen deze organismen niet gemakkelijk groeien of hun structuren behouden. Dit proces vindt al plaats in pool- en opwellende gebieden, waar koude wateren natuurlijk meer CO2 vasthouden en bijzonder kwetsbaar zijn.

Biologische effecten van verzuring op mariene organismen

Koraalriffen aan de frontlinie

Koraalriffen behoren tot de meest gevoelige ecosystemen voor verzuring. Koraals bouwen enorme calciumcarbonaat kaders door eeuwen heen, maar onder de huidige CO2-emissie trajecten, modellen project dat tegen 2050 veel tropische riffen zullen ervaren aragoniet verzadiging staat zo laag dat netto rif erosie zal groter zijn dan de groei van het rif. Het Great Barrier Reef, bijvoorbeeld, heeft al meer dan de helft van zijn koraal cover verloren sinds de jaren negentig als gevolg van de gecombineerde druk van bleken, ziekte, en verzuring. A 2020 onderzoek in Nature[] vond dat zelfs als de opwarming van de aarde wordt gehouden tot 1,5 °C, verzuring alleen kon verminderen koraal calcimatificatie rates met 15 .25 procent.

Schelpvissen en Pteropods: De basis van het Voedsel Web

Pteropods . kleine, zwemmende zeeslakken vaak zeevlinders genoemd zijn een belangrijke prooi item voor zalm, haring, en zelfs walvissen. Hun dunne aragoniet schelpen zijn acuut kwetsbaar voor ontbinding in verzuurd water. Laboratorium experimenten tonen aan dat wanneer pteropods worden blootgesteld aan CO2-niveaus geprojecteerd voor het einde van deze eeuw, hun schelpen zichtbaar gekapt en kwetsbaar worden binnen dagen. Oesters, mosselen en mosselen geconfronteerd met soortgelijke uitdagingen. De Pacifische Noordwest-oester industrie heeft al ervaren enorme broeder storingen gekoppeld aan verzuurde opgeblazen water, kost miljoenen dollars en kwekers te dwingen dure monitoring en buffering systemen te nemen. De National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) heeft aangetoond dat verzuring kan verminderen het overleven van larval oesters met zo veel als 80 procent.

Visgedrag en fysiologie

Verzuring heeft niet alleen invloed op de shell-builders. Vis kan ervaren verminderde zintuiglijke functie, veranderd gedrag, en verminderde groeicijfers. Studies op clownvissen hebben aangetoond dat verhoogde CO2 verstoort de functie van de GABAA receptor in de hersenen, afbreuk doen aan het vermogen om roofdieren te detecteren en geschikte habitat te lokaliseren. Deze neurologische interferentie kan leiden tot riskant gedrag .zwommen naar predator cues in plaats van weg van hen . En kan de overlevingsgraad in het wild verminderen . Hoewel vissen meer fysiologische buffercapaciteit dan ongewervelden , de cumulatieve stress van opwarming , zuurstofverlies en verzuring is waarschijnlijk te duwen veel populaties buiten hun adaptieve grenzen .

Verlies van mariene biodiversiteit: een crisis die zich vermenigvuldigt

Koraalriffen als biodiversiteitshotspots

Koraalriffen huisvesten naar schatting 25 procent van alle mariene soorten ondanks het bedekken van minder dan 1 procent van de oceaanbodem. Het verlies van koraalkader als gevolg van verzuring en bleken veroorzaakt een cascade van biodiversiteit daling. Wanneer koralen sterven, de ingewikkelde driedimensionale structuur die onderdak biedt voor vissen, schaaldieren en weekdieren instort. Herbivore vissen die algen overgroei controleren verdwijnen, en het rif verschuift naar een lage diversiteit, algen-overheerste staat. Deze faseverschuiving is vaak onomkeerbaar op menselijke termijnen. Het VN-Milieuprogramma waarschuwt dat zonder significante emissiereducties, meer dan 90 procent van tropisch koraalriffen zal lopen het risico van ernstige afbraak tegen 2050.

Verlies van koude waterkoraalhabitats

Het verlies van biodiversiteit beperkt zich niet tot warme, zon verlichte riffen. Koudwaterkoralen, die gedijen in diepe, donkere wateren van continentale planken, worden even bedreigd. Deze koralen vormen grote heuvels die rijke gemeenschappen van vissen, sponzen en broze sterren herbergen. Omdat diep water al dichter bij de aragonietverzadigingshorizon ligt, zal verzuring ze eerder onderverzadigd maken. Een 2013 beoordeling in Frontiers in Marine Science schatte dat tegen het einde van de eeuw, tot 70 procent van de bekende koudwaterkoraalhabitats aan corrosieve wateren kunnen worden blootgesteld.

Phytoplankton en de biologische pomp van de oceaan

De microscopische planten die in zonverlichte oppervlaktewateren drijven, vormen de basis van het mariene voedselweb. Ze drijven ook de biologische koolstofpomp .Het proces waarmee CO2 vastgezet door fotosynthese zinkt in de diepe oceaan als organisch puin. Verzuring kan de samenstelling van fytoplankton gemeenschap veranderen, waardoor sommige soorten ten opzichte van andere worden begunstigd. Bijvoorbeeld, de verkalkende coccolithoforen, die kleine calciumcarbonaatplaten produceren, worden verwacht te dalen als pH daalt. Grote verschuivingen in fytoplankton type kunnen de efficiëntie van koolstofvastlegging verstoren en de hoeveelheid energie die wordt overgedragen aan hogere trofische niveaus verminderen. Een modelstudie van 2019 wees uit dat de oceaanverzuring de mondiale primaire productiviteit met 50.000 procent zou kunnen verminderen bij scenario's met hoge emissie.

Ecosysteemdiensten onder bedreiging

Het verlies van mariene biodiversiteit rechtstreeks ondermijnt de ecosysteemdiensten waarop menselijke samenlevingen vertrouwen. Visserij levert eiwitten aan meer dan 3 miljard mensen en ondersteunt de bestaansmiddelen van 10

Verordening inzake het klimaat in de oceaan: feedback Loops and Thresholds

De oceaan koolstofaanrecht onder Belegering

De oceaan absorbeert momenteel ongeveer 2,6 miljard ton koolstof per jaar, ongeveer 26 procent van de jaarlijkse antropogene CO2-emissies. Deze opname wordt deels aangedreven door de oplosbaarheidpomp (CO2 die direct in koud, dicht water oplost) en deels door de biologische pomp. Als de oceaan warmt en verzuren, wordt de efficiëntie van beide pompen aangetast. Warmer water houdt minder opgeloste CO2 vast, waardoor de oplosbaarheid pomp vermindert. Ondertussen veranderen de verzuring en de nutriënten veranderingen de samenstelling en grootte van fytoplankton, mogelijk verzwakking van de biologische pomp. Aardse systeemmodellen suggereren dat de oceaan koolstof spoelbak kan verzwakken met 10 .20 procent aan het einde van de eeuw onder business-as-usual scenario's, waardoor meer CO2 in de atmosfeer en versnellen van de wereldwijde opwarming.

Warmteabsorptie en oceaancirculatie

Oceanen hebben meer dan 90 procent van de extra warmte geabsorbeerd die sinds de jaren zeventig door broeikasgassen gevangen zit. Deze enorme warmteopname heeft de opwarming van de atmosfeer vertraagd, maar kost het: het drijft thermische expansie (verantwoordelijk voor ongeveer een derde van de waargenomen zeeniveaustijging), verandert de oceaanstromingen, en draagt bij aan mariene hittegolven. Deze hittegolvenvertrokken perioden van anomaal warm zeewater zijn frequenter en intenser geworden, met verwoestende gevolgen voor kelpbossen, zeegrasvelden en koraalriffen.De 2013.2016 .Blob

Albedo en Biogeochemische Feedbacks

Mariene ecosystemen beïnvloeden ook het klimaat door albedo (reflectiviteit) en de productie van biogene gassen. Koraalriffen en zeegrasweiden hebben bijvoorbeeld relatief weinig albedo in vergelijking met zand, maar hun bijdrage aan de vorming van wolken via dimethylsulfide (DMS) is significant. DMS, die door fytoplankton wordt vrijgegeven, oxideert om sulfaatdeeltjes te vormen die dienen als cloudcondensatiekernen, helderder wolken en reflecterend zonlicht. Een afname in calcificerend fytoplankton zoals coccolithophores kan de productie van DMS verminderen, wat een positieve feedback geeft die de opwarming versterkt. Deze biogeochemische feedbacks zijn complex en nog niet volledig geïntegreerd in klimaatprojecties, maar ze onderstrepen de nauwe koppeling tussen oceaanbiologie en het klimaatsysteem.

De bedreigingen aanpakken: mitigatie en aanpassing

Diepe en snelle emissiereducties

De oorzaak van de verzuring en opwarming van de oceaan is atmosferische CO2. De stabilisatie van de oceaanchemie vereist dat de wereld zo snel mogelijk netto-nul CO2-emissies bereikt, idealiter halverwege de eeuw. Het IPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate benadrukt dat elke fractie van een graad van opwarming van de oceaan. De beperking van de opwarming van de aarde tot 1,5 °C, in vergelijking met 2 °C, zou de ernst van de verzuring van de oceaan verminderen, het verlies van koraalriffen beperken en het behoud van hogere niveaus van de mariene biodiversiteit. Beleidsmechanismen zoals koolstofprijzen, hernieuwbare energiemandaten en strenge emissienormen voor scheepvaart en industrie zijn essentieel.

Beschermde mariene gebieden en Refugia

Mariene beschermde gebieden (MPA's) kunnen niet voorkomen dat verzuring optreedt, maar kunnen andere stressfactoren zoals overbevissing, vervuiling en vernietiging van habitats verminderen, waardoor de veerkracht van mariene ecosystemen wordt vergroot. Klimaatslimme MPA-ontwerp identificeert potentiële refugia-gebieden waar omstandigheden gunstiger kunnen blijven langer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Restauratie en verwijdering van koolstofdioxide

De inspanningen voor het herstel van ecosystemen, zoals het tuinieren van koraal, de wederopbouw van oesterriffen en de aanplant van zeegras, kunnen de complexiteit van de habitat verbeteren en ecosysteemdiensten leveren, hoewel ze niet kunnen opschalen om de wereldwijde verzuring te compenseren. De technologieën voor het verwijderen van kooldioxide (CDR), waaronder directe luchtafvang en verbetering van de oceaanalkaliniteit, worden onderzocht als mogelijke instrumenten om de bestaande CO2 -uitstoot van de oceaan te verminderen. De toename van de uitstoot van alkalische mineralen zoals olivine naar zeewater en de beperking van de verontreiniging door de oceaan, terwijl de capaciteit om CO2 te absorberen, wordt echter niet in de plaats gesteld van de ecologische effecten en economische haalbaarheid van grootschalige CDR, en dergelijke maatregelen zijn geen vervanging voor het verminderen van emissies aan de bron.

Aanpassing van de visserij en de kustgemeenschappen

Naarmate de omstandigheden in de oceanen veranderen, moeten visserijbeheerders flexibele en voorzorgsbenaderingen hanteren die rekening houden met de verschuiving van de voorraadverdeling en de afnemende productiviteit. Tools zoals dynamisch oceaanbeheer, dat real-time gegevens gebruikt om de visserijzones aan te passen, kunnen bijvangsten verminderen en kwetsbare soorten beschermen. Voor schelpdier-afhankelijke gemeenschappen kan selectieve kweek van verzuringstolerante broeddieren en investeren in landgebaseerde kweekkwekerijen met pH-beheersing de overleving van broedbroeddieren verbeteren. De ontwikkeling van monitoringnetwerken zoals het Global Ocean Acidification Observing Network (GOA-ON) biedt gegevens die kunnen worden gebruikt om vroegtijdige waarschuwingen uit te brengen en aanpassingsstrategieën te sturen.

Conclusie

De oceanen zijn geen passief reservoir voor door de mens veroorzaakte emissies; ze zijn een levend systeem dat actief het klimaat regelt. Verzuring van de oceaan, aangedreven door dezelfde CO2 die de planeet verwarmt, valt de biologische motoren aan die de oceaan in stand houden. Het verlies van mariene biodiversiteit door voedselwebben, de visserij uit het levensonderhoud erodeert en verzwakt de capaciteit van de oceaan om warmte en koolstof te absorberen. Zonder beslissende actie om de CO2-uitstoot te verminderen, zullen deze veranderingen versnellen, waardoor feedbacks die klimaatstabilisatie nog moeilijker maken. De bescherming van de oceaan betekent dat we onszelf beschermen.Elke koraalpoliep, elke pteropod, elke fytoplanktoncel is belangrijker dan we tot nu toe hebben erkend.

Meer informatie: De IPCC