Закисление океана

Закисление океана означает, что среднее морской воды значение pH со временем падает.

Закисление океана — это продолжающееся снижение pH земного океана . Закисление океана — это процесс, который происходит, когда углекислый газ (CO2) из ​​атмосферы поглощается морской водой, что приводит к снижению уровня pH. Это приводит к увеличению кислотности и снижению содержания карбонат-ионов, которые имеют решающее значение для морских организмов, таких как кораллы, моллюски и планктон, для построения панцирей и скелетов. За последние 200 лет быстрый рост антропогенного производства CO ₂ (углекислого газа) привел к повышению кислотности океанов Земли. В период с 1950 по 2020 год средний pH поверхности океана упал примерно с 8,15 до 8,05. Выбросы углекислого газа в результате деятельности человека являются основной причиной закисления океана: уровень углекислого газа (CO ₂ ) в атмосфере превышает 410 частей на миллион (в 2020 году). CO ₂ из атмосферы поглощается океанами. В результате этой химической реакции образуется угольная кислота ( H ₂ CO ₃ ), который диссоциирует на ион бикарбоната ( HCO - 3 ) и ион водорода ( ЧАС ⁺ ). Наличие свободных ионов водорода ( ЧАС ⁺ ) понижает pH океана, повышая кислотность (это не значит, что морская вода еще кислая; она все еще щелочная , с pH выше 8). Морские кальцифицирующие организмы , такие как моллюски и кораллы , особенно уязвимы, поскольку они полагаются на карбонат кальция для построения раковин и скелетов.

Изменение pH на 0,1 представляет собой увеличение концентрации ионов водорода в Мировом океане на 26% (шкала pH логарифмическая, поэтому изменение на единицу в единицах pH эквивалентно десятикратному изменению концентрации ионов водорода). Уровень pH морской поверхности и насыщенность карбонатами варьируются в зависимости от глубины и местоположения океана. Воды более холодных и более высоких широт способны поглощать больше CO ₂ . Это может привести к повышению кислотности, снижению pH и уровня насыщения карбонатами в этих областях. Существует несколько других факторов, которые влияют на обмен CO ₂ между атмосферой и океаном и, следовательно, на локальное закисление океана. К ним относятся океанские течения и зоны апвеллинга , близость к крупным континентальным рекам, покрытие морским льдом и обмен атмосферы азотом и серой в результате сжигания ископаемого топлива и сельского хозяйства .

Более низкий уровень pH океана имеет ряд потенциально вредных последствий для морских организмов . Ученые наблюдали, например, снижение кальцификации, снижение иммунных реакций и снижение энергии для основных функций, таких как размножение. Закисление океана может повлиять на морские экосистемы , которые обеспечивают пищу и средства к существованию для многих людей. Около одного миллиарда человек полностью или частично зависят от рыболовства, туризма и услуг по управлению прибрежными районами, предоставляемых коралловыми рифами . Таким образом, продолжающееся закисление океанов может поставить под угрозу пищевые цепи, связанные с океанами.

Единственное решение, которое поможет устранить коренную причину закисления океана, — это сократить выбросы углекислого газа. Это одна из основных целей мер по смягчению последствий изменения климата . Удаление углекислого газа из атмосферы также поможет обратить вспять закисление океана. Кроме того, существуют некоторые конкретные методы смягчения последствий воздействия океана , например, повышение щелочности океана и усиление выветривания . Эти стратегии находятся на стадии изучения, но, как правило, имеют низкий уровень технологической готовности и множество рисков.

Закисление океана уже случалось в геологической истории Земли. Возникший в результате экологический коллапс в океанах оказал долгосрочное воздействие на глобальный углеродный цикл и климат .

Причина

Пространственное распределение pH поверхности глобального океана (Панель a: среднегодовое значение pH поверхностного океана должно быть приблизительным для 1770 года; Панель b: разница между pH в 2000 и 1770 годах в глобальном поверхностном океане).

Эта диаграмма быстрого углеродного цикла показывает движение углерода между сушей, атмосферой и океанами. Желтые цифры — это естественные потоки, а красные — антропогенный вклад в гигатоннах углерода в год. Белые цифры указывают на накопленный углерод.

Продолжительность: 3 минуты 59 секунд. 3:59

Видео, суммирующее последствия закисления океана. Источник: NOAA . Лаборатория визуализации окружающей среды

Смотрите также: Океанический углеродный цикл

Современный (2021 г.) уровень углекислого газа (CO ₂ ), составляющий около 415 частей на миллион, примерно на 50% выше, чем доиндустриальные концентрации. Нынешние повышенные уровни и быстрые темпы роста являются беспрецедентными за последние 55 миллионов лет геологической истории. Источники этого избыточного CO ₂ явно связаны с деятельностью человека: они включают антропогенные выбросы из ископаемого топлива, промышленные выбросы и выбросы в результате землепользования/изменения земель. Одним из источников этого является ископаемое топливо, которое сжигается для получения энергии. При сжигании CO ₂ выбрасывается в атмосферу как побочный продукт сгорания, что вносит значительный вклад в повышение уровня CO ₂ в атмосфере Земли. Океан действует как поглотитель углерода для антропогенного CO ₂ и поглощает примерно четверть общих антропогенных выбросов CO ₂ . Однако дополнительный CO ₂ в океане приводит к массовому сдвигу в кислотно-щелочном химическом составе морской воды в сторону более кислых условий с более низким pH и более низким уровнем насыщения карбонатных минералов, используемых во многих панцирях и скелетах морских организмов.

Накопленный с 1850 года океанский сток содержит до 175 ± 35 гигатонн углерода, причем более двух третей этого количества (120 ГтУ) поглощается мировым океаном с 1960 года. За исторический период океанический сток увеличился в темпы экспоненциального роста антропогенных выбросов. С 1850 по 2022 год океан поглотил 26 % общих антропогенных выбросов. Выбросы за период 1850–2021 гг. составили 670 ± 65 гигатонн углерода и были распределены между атмосферой (41 %), океаном (26 %) и сушей (31 %).

Углеродный цикл описывает потоки углекислого газа ( CO
₂ ) между океанами, земной биосферой , литосферой , и атмосфера . В углеродном цикле участвуют как органические соединения, такие как целлюлоза , так и неорганические соединения углерода, такие как диоксид углерода , карбонат-ион и бикарбонат-ион , которые вместе называются растворенным неорганическим углеродом (DIC). Эти неорганические соединения особенно важны для закисления океана, поскольку они включают в себя множество форм растворенного CO.
₂ присутствуют в океанах Земли.

Когда СО
₂ растворяется, он реагирует с водой, образуя баланс ионных и неионных химических веществ: растворенный свободный диоксид углерода ( CO
_2(вод) ), угольная кислота ( H
₂ СО
₃ ), бикарбонат ( HCO ⁻
₃ ) и карбонат ( CO ²⁻
₃ ). Соотношение этих видов зависит от таких факторов, как морской воды температура , давление и соленость (как показано на графике Бьеррума ). Эти различные формы растворенного неорганического углерода переносятся с поверхности океана в его недра с помощью насоса растворимости океана . Сопротивление участка океана поглощению атмосферного CO.
₂ известен как фактор Ревелля .

Сельское хозяйство также косвенно способствует закислению океана, главным образом через два основных механизма. фосфор . Основной причиной этого является поверхностный сток удобрений, содержащих азот и Во время дождя эти питательные вещества могут смывать поля и попадать в близлежащие водоемы, такие как реки, озера и океаны. Чрезмерный сток питательных веществ может привести к быстрому цветению водорослей . По мере того как эти водоросли погибают и разлагаются, они истощают кислород и выделяют углекислый газ (CO ₂ ) в воду, тем самым повышая ее кислотность. Неправильные методы ведения сельского хозяйства, такие как чрезмерная обработка почвы или вырубка лесов , могут вызвать эрозию почвы . По мере эрозии почвы она переносит осадки и органический материал в близлежащие источники воды. Это накопление отложений может привести к удушению морских экосистем, таких как коралловые рифы и заросли морских водорослей. Более того, при разложении органических веществ выделяется CO ₂ , повышающий кислотность воды. Вырубка лесов также играет определенную роль в закислении океана. Поскольку деревья и растения поглощают CO ₂ из атмосферы, когда леса вырубаются в целях городского развития или сельскохозяйственных целей, уровни CO ₂ увеличиваются из-за снижения способности земли поглощать его.

Основные эффекты

меняется Химический состав океана из-за поглощения антропогенного углекислого газа (CO ₂ ). pH океана, концентрации карбонат-ионов ([CO ₃ ²⁻ ]), а степень насыщения минералами карбоната кальция (Ω) снижается в результате поглощения примерно 30% антропогенных выбросов углекислого газа за последние 270 лет (примерно с 1750 года). Этот процесс, обычно называемый «закислением океана», затрудняет морским кальцификаторам построение оболочки или скелетной структуры, подвергая опасности коралловые рифы и более широкие морские экосистемы.

Закисление океана называют «злым двойником глобального потепления » и «еще одной проблемой CO ₂ ». Повышение температуры океана и потеря кислорода действуют одновременно с закислением океана и представляют собой «смертоносное трио» воздействия изменения климата на морскую среду. Последствия этого будут наиболее серьезными для коралловых рифов и других морских организмов, подвергшихся панцирю. а также те группы населения, которые зависят от предоставляемых ими экосистемных услуг.

Снижение значения pH

См. Также: Океан § pH и щелочность.

Растворение CO
₂ в морской воде увеличивает содержание ионов водорода ( H ⁺
) концентрация в океане и, таким образом, снижает pH океана следующим образом:

CO _{2 (водн.)} + H ₂ O ⇌ H ₂ CO ₃ ⇌ HCO ₃ ⁻ + Ч ⁺ ⇌ CO _⇌CO3 ²⁻ + 2 ч. ⁺ .

В мелководных прибрежных и шельфовых регионах взаимодействие ряда факторов влияет на обмен CO ₂ между воздухом и океаном и, как следствие, на изменение pH. К ним относятся биологические процессы, такие как фотосинтез и дыхание, а также подъем воды. Кроме того, экосистемный метаболизм в источниках пресной воды, достигающих прибрежных вод, может привести к большим, но локальным изменениям pH.

Пресноводные водоемы также, по-видимому, закисляются, хотя это более сложное и менее очевидное явление.

Поглощение CO ₂ океана из атмосферы не влияет на щелочность . Это важно знать в этом контексте, поскольку щелочность – это способность воды противостоять подкислению . Повышение щелочности океана было предложено как один из вариантов повышения щелочности океана и, следовательно, защиты от изменений pH.

Снижение кальцификации в морских организмах

Различные виды фораминифер наблюдаются в микроскоп с использованием дифференциально-интерференционного контраста.

График Бьеррума : Изменение карбонатной системы морской воды в результате закисления океана

Изменения в химии океана могут иметь обширные прямые и косвенные последствия для организмов и их среды обитания. Одно из наиболее важных последствий повышения кислотности океана связано с образованием раковин из карбоната кальция ( СаСО3 ₎ . Этот процесс называется кальцификацией и важен для биологии и выживания широкого спектра морских организмов. Кальцификация включает осаждение растворенных ионов в твердые вещества. Структуры CaCO ₃ , структуры для многих морских организмов, таких как кокколитофоры , фораминиферы , ракообразные , моллюски и т. д. После образования эти Структуры CaCO ₃ уязвимы к растворению , если окружающая морская вода не содержит насыщающие концентрации карбонат-ионов ( СО 2- 3 ).

Очень небольшая часть дополнительного углекислого газа, добавляемого в океан, остается в виде растворенного углекислого газа. Большая часть диссоциирует на дополнительные ионы бикарбоната и свободных ионов водорода. Увеличение водорода больше, чем увеличение бикарбоната, создавая дисбаланс реакции:

HCO − 3 ⇌ CO 2− 3 + H ⁺

Для поддержания химического равновесия некоторые ионы карбоната, уже находящиеся в океане, соединяются с некоторыми ионами водорода, образуя еще один бикарбонат. Таким образом, концентрация карбонат-ионов в океане снижается, удаляя важный строительный блок для морских организмов, позволяющий строить раковины или кальцинировать:

Что ²⁺ + СО 2− 3 ⇌ СаСО ₃

Увеличение концентраций растворенного углекислого газа и бикарбоната и снижение содержания карбоната показаны на графике Бьеррума .

Нарушение пищевой цепи также является возможным последствием, поскольку многие морские организмы полагаются на организмы на основе карбоната кальция, лежащие в основе пищевой цепи, в качестве пищи и среды обитания. Это потенциально может иметь пагубные последствия для всей пищевой сети и потенциально привести к сокращению рыбных запасов, что окажет воздействие на средства к существованию человека.

Снижение состояния насыщения

Распределение глубины насыщения (A) арагонита и (B) кальцита в Мировом океане.

Состояние насыщения (известное как Ω) морской воды для минерала является мерой термодинамического потенциала образования или растворения минерала, а для карбоната кальция описывается следующим уравнением:

${\Omega }={\frac {\left[{\ce {Ca^2+}}\right]\left[{\ce {CO3^2-}}\right]}{K_{sp}}}$

Здесь Ω — произведение концентраций (или активностей ) реагирующих ионов, образующих минерал (Ca ²⁺ и СО ₃ ²⁻ ), разделенное на кажущееся произведение растворимости при равновесии (K _sp ), то есть когда скорости осаждения и растворения равны. В морской воде граница растворения формируется под воздействием температуры, давления и глубины и известна как горизонт насыщения. Выше этого горизонта насыщения Ω имеет значение больше 1, а CaCO
₃ плохо растворяется. В таких водах обитает большинство кальцифицирующих организмов. Ниже этой глубины Ω имеет значение меньше 1, а CaCO
₃ растворится. Глубина компенсации карбонатов — это глубина океана, на которой растворение карбонатов уравновешивает поступление карбонатов на морское дно, поэтому осадки ниже этой глубины будут лишены карбоната кальция. Увеличение уровня CO ₂ и, как следствие, снижение pH морской воды снижает концентрацию CO _3. ²⁻ и состояние насыщения CaCO
_3, следовательно, увеличивает CaCO
₃ растворение.

Карбонат кальция чаще всего встречается в двух распространенных полиморфах (кристаллических формах): арагоните и кальците . Арагонит гораздо более растворим, чем кальцит, поэтому горизонт насыщения арагонита и глубина компенсации арагонита всегда находятся ближе к поверхности, чем горизонт насыщения кальцитом. Это также означает, что те организмы, которые производят арагонит, могут быть более уязвимы к изменениям кислотности океана, чем те, которые производят кальцит. Закисление океана и связанное с ним снижение степени карбонатонасыщенности поднимают горизонты насыщения обеих форм ближе к поверхности. Это снижение состояния насыщения является одним из основных факторов, приводящих к снижению кальцификации в морских организмах, поскольку неорганическое осаждение CaCO
₃ прямо пропорциональна состоянию насыщения, и кальцифицирующие организмы испытывают стресс в водах с более низким состоянием насыщения.

Естественная изменчивость и климатические обратные связи

Дополнительная информация: Глубина компенсации карбонатов.

Уже сейчас большие количества воды, недонасыщенной арагонитом, поднимаются вверх вблизи тихоокеанского континентального шельфа Северной Америки, от Ванкувера до Северной Калифорнии . Эти континентальные шельфы играют важную роль в морских экосистемах, поскольку большинство морских организмов там обитает или нерестится . Другие районы шельфа могут испытывать аналогичные последствия.

На глубине 1000 метров в океане оболочки карбоната кальция начинают растворяться, поскольку повышение давления и понижение температуры смещают химическое равновесие, контролирующее осаждение карбоната кальция. Глубина, на которой это происходит, известна как глубина компенсации карбонатов . Закисление океана увеличит такое растворение и приведет к уменьшению глубины компенсации карбонатов в масштабах от десятков до сотен лет. зоны даунвеллинга . В первую очередь страдают

В северной части Тихого океана и Северной Атлантике состояния насыщения также уменьшаются (глубина насыщения становится все меньше). Закисление океана прогрессирует в открытом океане, поскольку CO ₂ перемещается на большую глубину в результате перемешивания океана. В открытом океане это приводит к тому, что глубины компенсации карбонатов становятся более мелкими, а это означает, что растворение карбоната кальция будет происходить ниже этих глубин. В северной части Тихого океана эти глубины насыщения карбонатами уменьшаются со скоростью 1–2 м в год.

Ожидается, что закисление океана в будущем приведет к значительному уменьшению захоронения карбонатных отложений на несколько столетий и даже к растворению существующих карбонатных отложений.

Измеренные и расчетные значения

Наши дни и недавняя история

Временные ряды атмосферного CO ₂ в Мауна-Лоа (в частях на миллион объема, ppmv; красный), pCO ₂ на поверхности океана (мкатм; зеленый) и pH поверхности океана (синий) на океанской станции ALOHA в субтропической северной части Тихого океана.

Предполагаемое изменение pH морской воды , вызванное антропогенным воздействием на CO
₂ уровня между 1700-ми и 1990-ми годами из Проекта анализа глобальных океанических данных (GLODAP) и Атласа Мирового океана.

По оценкам, в период с 1950 по 2020 год среднее значение pH поверхности океана снизилось примерно с 8,15 до 8,05. Это представляет собой увеличение примерно на 26% концентрации ионов водорода в мировом океане (шкала pH является логарифмической, поэтому изменение единицы pH на единицу эквивалентно десятикратному изменению концентрации ионов водорода). Например, только за 15-летний период 1995–2010 годов кислотность выросла на 6 процентов в верхних 100 метрах Тихого океана от Гавайских островов до Аляски.

в В шестом оценочном отчете МГЭИК 2021 году говорится, что «современные значения pH поверхности беспрецедентны, по крайней мере, за 26 000 лет, а текущие темпы изменения pH беспрецедентны, по крайней мере, с того времени. Значение pH недра океана снизилось за последние 20–30 лет повсюду в мировом океане. В отчете также обнаружено, что «pH в поверхностных водах открытого океана снижался примерно на 0,017–0,027 единиц pH за десятилетие с конца 1980-х годов».

Темпы снижения различаются в зависимости от региона. Это связано со сложным взаимодействием между различными типами механизмов воздействия: «В тропической части Тихого океана в центральной и восточной зонах апвеллинга наблюдалось более быстрое снижение pH: от минус 0,022 до минус 0,026 единицы pH за десятилетие». Считается, что это происходит «из-за увеличения подъема CO _{2 ,} подземных вод, богатых _{в дополнение к антропогенному поглощению CO 2} ». В некоторых регионах наблюдались более медленные темпы подкисления: снижение pH от минус 0,010 до минус 0,013 единицы pH за десятилетие наблюдалось в теплых водоемах в западной тропической части Тихого океана.

На скорость, с которой будет происходить закисление океана, может влиять скорость потепления поверхности океана , поскольку теплые воды не будут поглощать столько CO ₂ . Следовательно, большее потепление морской воды может ограничить поглощение CO ₂ и привести к меньшему изменению pH при данном увеличении содержания CO ₂ . Разница в изменении температуры между бассейнами является одной из основных причин различий в темпах закисления в разных местностях.

Текущие темпы закисления океана сравнивают с парниковым явлением на границе палеоцена и эоцена (около 56 миллионов лет назад), когда температура поверхности океана выросла на 5–6 градусов по Цельсию . В этом случае поверхностные экосистемы испытали различные воздействия, но донные организмы в глубоком океане фактически подверглись серьезному вымиранию. В настоящее время скорость поступления углерода в систему атмосфера-океан примерно в десять раз превышает скорость, наблюдавшуюся на границе палеоцена и эоцена.

В настоящее время существуют или строятся обширные системы наблюдения для мониторинга химического состава морской воды CO ₂ и ее закисления как в глобальном открытом океане, так и в некоторых прибрежных системах.

Темпы повышения кислотности в различных морских регионах

Расположение	Изменение единиц pH за десятилетие	Период	Источник данных	Год издания
Исландия	минус 0,024	1984–2009	Прямые измерения	2009
Проход Дрейка	минус 0,018	2002–2012	Прямые измерения	2012
Канарейка (АКЦИЯ)	минус 0,017	1995–2004	Прямые измерения	2010
Гавайи ( ГОРЯЧИЕ )	минус 0,019	1989–2007	Прямые измерения	2009
Бермудские острова ( BATS )	минус 0,017	1984–2012	Прямые измерения	2012
Коралловое море	минус 0,002	~1700 – ~1990	Реконструкция прокси	2005
Восточное Средиземноморье	минус 0,023	1964–2005	Реконструкция прокси	2016

Скорость изменения pH для некоторых регионов мира
(В исходной таблице доступно гораздо больше регионов)

	Станция, регион	Период обучения	изменение pH за десятилетие
Экваториальная часть Тихого океана	ЧЕЛОВЕК	2004–2011	−0.026
Индийский океан	ИО-СТПС	1991–2011	−0.027
Средиземноморский	Дифамед (43,42 ° с.ш., 7,87 ° в.д.)	1995–2011	−0.03
Северная Атлантика	Исландское море (68° с.ш., 12,67° з.д.)	1985–2008 1985–2010	−0.024 −0.014
Северная Атлантика	Море Ирмингера (64,3 ° с.ш., 28 ° з.д.)	1983–2004	−0.026
Северная часть Тихого океана	НП-СТСС	1991–2011	−0.01
Южный океан	PAL-LTER, запад Антарктического полуострова	1993–2012	+0.02

Геологическое прошлое

Закисление океана уже случалось в истории Земли. Это произошло во время массового вымирания капитанов . в конце пермского периода вымирания , во время вымирания в конце триаса , и во время мел-палеогенового вымирания .

Три из пяти крупнейших событий массового вымирания в геологическом прошлом были связаны с быстрым увеличением содержания углекислого газа в атмосфере, вероятно, из-за вулканизма и/или термической диссоциации морских газовых гидратов . Повышенный уровень CO ₂ повлиял на биоразнообразие. Снижение Насыщение CaCO ₃ из-за поглощения морской водой вулканогенного CO ₂ было предложено в качестве возможного механизма уничтожения во время массового вымирания морской среды в конце триаса . Биотический кризис конца триаса по-прежнему является наиболее хорошо установленным примером массового вымирания морской среды из-за закисления океана, поскольку (а) записи изотопов углерода предполагают усиление вулканической активности, которая уменьшила карбонатную седиментацию, что привело к уменьшению глубины компенсации карбонатов и насыщения карбонатами. государстве, и морское вымирание точно совпало в стратиграфической летописи, б) наблюдалась выраженная избирательность вымирания в отношении организмов с толстым арагонитовым скелетом, что предсказывается экспериментальными исследованиями. Закисление океана также было предложено как одна из причин массового вымирания в конце Пермского периода. и позднемеловой кризис. В целом, причиной геологического вымирания, вероятно, были многочисленные климатические стрессоры, включая закисление океана.

Наиболее ярким примером закисления океана является палеоцен-эоценовый термический максимум (ПЭТМ), который произошел примерно 56 миллионов лет назад, когда огромное количество углерода попало в океан и атмосферу и привело к растворению карбонатных отложений во многих океанских бассейнах. Относительно новые геохимические методы тестирования pH в прошлом показывают, что pH упал на 0,3 единицы по всему PETM. Одно исследование, в котором определяется состояние насыщения морской карбонатной системы, показывает, что оно может не сильно измениться по сравнению с PETM, предполагая, что скорость выделения углерода в нашей лучшей геологической аналогии была намного медленнее, чем выбросы углерода, вызванные деятельностью человека. Однако более сильные прокси- необходимы методы для проверки состояния насыщения, чтобы оценить, насколько сильно это изменение pH могло повлиять на кальцифицирующие организмы.

Прогнозируемые будущие значения

на месте CO
₂ датчика концентрации (SAMI-CO ₂ ), прикрепленного к станции системы раннего предупреждения о коралловых рифах, используемого при проведении исследований закисления океана вблизи районов коралловых рифов ( NOAA ( AOML ))

Пришвартованный автономный ЦУ
₂ буя используются для измерения CO
₂ исследования концентрации и закисления океана ( NOAA ( PMEL ))

Важно отметить, что скорость изменения закисления океана намного выше, чем в геологическом прошлом. Эти более быстрые изменения препятствуют постепенной адаптации организмов и предотвращают влияние обратных связей климатического цикла на смягчение закисления океана. Закисление океана сейчас находится на пути к достижению более низкого уровня pH, чем в любой другой момент за последние 300 миллионов лет. Скорость закисления океана (т.е. скорость изменения значения pH) также оценивается как беспрецедентная в том же временном масштабе. Эти ожидаемые изменения считаются беспрецедентными в геологической летописи. В сочетании с другими биогеохимическими изменениями океана такое падение значения pH может подорвать функционирование морских экосистем и нарушить предоставление многих товаров и услуг, связанных с океаном, начиная уже с 2100 года.

Степень дальнейших изменений в химии океана, включая pH океана, будет зависеть от усилий по смягчению последствий изменения климата, предпринятых странами и их правительствами. Различные сценарии прогнозируемых социально-экономических глобальных изменений моделируются с использованием сценариев «Общие социально-экономические пути » (SSP).

Согласно прогнозам модели, при сценарии очень высоких выбросов (SSP5-8.5) pH поверхности океана может снизиться на целых 0,44 единицы к концу этого столетия по сравнению с концом XIX века. Это будет означать, что pH будет примерно на уровне 7,7, что представляет собой дальнейшее увеличение концентрации H+ в два-четыре раза по сравнению с увеличением, достигнутым на сегодняшний день.

Предполагаемый прошлый и будущий глобальный средний уровень pH поверхности для различных сценариев выбросов

Период времени	Поверхность океана Значение pH (прибл.)
Доиндустриальный период (1850 г.)	8.17
Текущий (2021 г.)	8.08
Будущее (2100 г.) со сценарием низких выбросов ( SSP 1–2.6)	8.0
Будущее (2100 г.) со сценарием очень высоких выбросов ( SSP 5–8,5)	7.7

Воздействие на океанические кальцифицирующие организмы

Смотрите также: Морская биогенная кальцификация

pH . Показано, как панцирь птеропод со временем растворяется в морской воде с более низким Когда углекислый газ поглощается океаном из атмосферы, химический состав морской воды меняется (источник: NOAA ).

Панцирь птерапод растворился в морской воде с учетом химического состава океана, прогнозируемого на 2100 год (источник: NOAA ).

Нездоровый птеропод, демонстрирующий последствия закисления океана, включая рваные, растворяющиеся гребни раковины на верхней поверхности, мутную раковину в нижнем правом квадранте, а также сильные ссадины и слабые места в положении 6:30 на нижнем обороте раковины (источник: NOAA ).

Сложность результатов исследования

Полные экологические последствия изменений в кальцификации из-за закисления океана сложны, но вполне вероятно, что многие кальцифицирующие виды пострадают от закисления океана. Увеличение закисления океана затрудняет доступ организмов, обрастающих панцирем, к ионам карбоната, необходимым для производства их твердого экзоскелетного панциря. Океанические кальцифицирующие организмы охватывают пищевую цепь от автотрофов до гетеротрофов и включают такие организмы, как кокколитофоры , кораллы , фораминиферы , иглокожие , ракообразные и моллюски .

В целом, все морские экосистемы на Земле будут подвергаться изменениям в результате закисления и ряда других биогеохимических изменений океана. Закисление океана может заставить некоторые организмы перераспределять ресурсы от конечных точек продуктивности, чтобы поддерживать кальцификацию. Например, известно, что устрица Magallana gigas испытывает метаболические изменения наряду с изменением скорости кальцификации из-за энергетических компромиссов, возникающих в результате дисбаланса pH.

В обычных условиях кальцит и арагонит устойчивы в поверхностных водах, поскольку карбонат-ионы пересыщены по отношению к морской воде. Однако по мере падения pH океана концентрация карбонат-ионов также снижается. Таким образом, карбонат кальция становится недонасыщенным, а структуры, состоящие из карбоната кальция, уязвимы для стресса кальцификации и растворения. В частности, исследования показывают, что кораллы, кокколитофороры, коралловые водоросли, фораминифера, моллюски и птероподы испытывают снижение кальцификации или усиленное растворение при воздействии повышенного содержания CO ₂ . Даже при активной практике сохранения морской среды вернуть многие прежние популяции моллюсков может оказаться невозможным.

Некоторые исследования обнаружили различную реакцию на закисление океана: кальцификация кокколитофоров и фотосинтез усиливаются при повышенном атмосферном pCO ₂ , и равное снижение первичной продукции и кальцификации в ответ на повышенный уровень CO ₂ , или направление реакции варьируется у разных видов.

Аналогично морская звезда Pisaster ochraceus демонстрирует усиленный рост в водах с повышенной кислотностью.

океаном Снижение кальцификации в результате закисления океана может повлиять на биологически обусловленную секвестрацию углерода из атмосферы в недра океана и отложения на морском дне , ослабляя так называемый биологический насос . Закисление морской воды также может уменьшить размер антарктического фитопланктона, что сделает его менее эффективным в хранении углерода. Такие изменения все чаще изучаются и синтезируются с использованием физиологических моделей, в том числе модели «Путь неблагоприятного исхода» (АОП) .

Coccolithus pelagicus, вид кокколитофоров, собранных в северной части Атлантического океана.

Кокколитофоры

Дополнительная информация: Кокколитофор.

Кокколитофор — одноклеточный эукариотический фитопланктон . ( водоросль ) Земли Понимание изменений кальцификации кокколитофоров может быть особенно важным, поскольку сокращение количества кокколитофоров может иметь вторичные последствия для климата: это может способствовать глобальному потеплению за счет уменьшения альбедо из-за их воздействия на океанический облачный покров. Исследование, проведенное в 2008 году, изучило керн отложений Северной Атлантики и обнаружило, что видовой состав кокколитофорид оставался неизменным за последние 224 года (с 1780 по 2004 год). Но средняя масса кокколита за тот же период увеличилась на 40%.

Кораллы

Дополнительная информация: Коралл и коралловый риф.

Тепловодные кораллы явно находятся в упадке: потери составили 50% за последние 30–50 лет из-за многочисленных угроз, связанных с потеплением океана, закислением океана, загрязнением и физическим ущербом в результате такой деятельности, как рыболовство, и ожидается, что это давление усилится.

Жидкость во внутренних отсеках (целентероне), где у кораллов растет экзоскелет , также чрезвычайно важна для роста кальцификации. Когда состояние насыщения арагонита во внешней морской воде находится на уровне окружающей среды, кораллы будут быстро выращивать кристаллы арагонита во внутренних отсеках, следовательно, их экзоскелет быстро растет. Если уровень насыщения арагонита во внешней морской воде ниже уровня окружающей среды, кораллам приходится работать усерднее, чтобы поддерживать правильный баланс во внутреннем отсеке. Когда это происходит, процесс роста кристаллов замедляется, и это замедляет скорость роста их экзоскелета. В зависимости от степени насыщения арагонитом окружающей воды кораллы могут остановить рост, поскольку закачка арагонита во внутренний отсек будет энергетически невыгодной. При нынешнем росте выбросов углерода около 70% холодноводных кораллов Северной Атлантики к 2050–2060 гг. будут жить в агрессивных водах.

Закисленные условия в первую очередь снижают способность кораллов строить плотные экзоскелеты, а не влияют на линейное расширение экзоскелета. К концу этого столетия плотность некоторых видов кораллов может сократиться более чем на 20%.

Эксперимент in situ , проведенный на участке площадью 400 м2 Большого Барьерного рифа с целью снижения уровня CO ₂ в морской воде (повышения pH) почти до доиндустриального значения, показал увеличение чистой кальцификации на 7%. Аналогичный эксперимент по повышению уровня CO ₂ в морской воде (более низкий уровень pH) до уровня, ожидаемого вскоре после 2050 года, показал, что чистая кальцификация снизилась на 34%.

Однако полевое исследование коралловых рифов в Квинсленде и Западной Австралии с 2007 по 2012 год показало, что кораллы более устойчивы к изменениям pH окружающей среды, чем считалось ранее, из-за внутреннего гомеостаза регуляции ; это делает температурные изменения ( морские волны тепла ), которые приводят к обесцвечиванию кораллов , а не к их закислению, главным фактором уязвимости коралловых рифов из-за изменения климата.

Исследования на местах утечки углекислого газа

В некоторых местах углекислый газ выходит из морского дна, локально изменяя pH и другие аспекты химического состава морской воды. Исследования этих выбросов углекислого газа зафиксировали различные реакции различных организмов. Сообщества коралловых рифов, расположенные вблизи выходов углекислого газа, представляют особый интерес из-за чувствительности некоторых видов кораллов к подкислению. В Папуа-Новой Гвинее снижение pH, вызванное выбросами углекислого газа, связано с сокращением видового разнообразия кораллов. Однако на Палау выбросы углекислого газа не связаны с уменьшением видового разнообразия кораллов, хотя биоэрозия коралловых скелетов намного выше в местах с низким pH.

Птероподы и хрупкие звезды

Птероподы и хрупкие звезды составляют основу арктических пищевых сетей и серьезно пострадали от закисления. Панцири птеропод растворяются по мере увеличения закисления, а хрупкие звезды теряют мышечную массу при повторном отрастании придатков . Чтобы птероподы могли создавать панцири, им необходим арагонит, который образуется из ионов карбоната и растворенного кальция и стронция. Серьезно страдают птероподы, поскольку повышение уровня подкисления неуклонно снижает количество воды, перенасыщенной карбонатами. Деградация органических веществ в водах Арктики усилила закисление океана; некоторые арктические воды уже недонасыщены арагонитом.

Яйца хрупкой звезды умирают в течение нескольких дней при воздействии ожидаемых условий, вызванных закислением Арктики. Аналогичным образом, при воздействии в экспериментах pH, пониженного на 0,2–0,4, личинки умеренно хрупкой звезды , родственника обыкновенной морской звезды , менее 0,1 процента выживали более восьми дней.

Другие воздействия на экосистемы

На этой карте показаны изменения уровня насыщенности арагонитом поверхностных вод океана в период с 1880-х по 2006–2015 гг. Арагонит — это форма карбоната кальция, которую многие морские животные используют для построения своих скелетов и панцирей. Чем ниже уровень насыщения, тем труднее организмам строить и поддерживать свои скелеты и оболочки. Отрицательное изменение представляет собой уменьшение насыщенности.

Другие биологические воздействия

Помимо замедления и/или обращения вспять кальцификации, организмы могут страдать от других неблагоприятных последствий, либо косвенно через негативное воздействие на пищевые ресурсы, либо напрямую в виде репродуктивных или физиологических эффектов. Например, повышенный уровень CO ₂ в океане может производить CO.
₂ -индуцированное закисление жидкостей организма, известное как гиперкапния . Было замечено, что повышение кислотности снижает скорость метаболизма у гигантских кальмаров. и подавляют иммунные реакции голубых мидий. Яйцам атлантических длинноперых кальмаров кальмара требуется больше времени для вылупления в подкисленной воде, а статолит был меньше и деформирован у животных, помещенных в морскую воду с более низким pH. пока нет Однако эти исследования продолжаются, и полного понимания этих процессов в морских организмах или экосистемах .

Акустические свойства

Еще один потенциальный путь воздействия на экосистемы – биоакустика . Это может произойти, поскольку закисление океана может изменить акустические свойства морской воды, позволяя звуку распространяться дальше и увеличивая шум океана. Это влияет на всех животных, которые используют звук для эхолокации или общения .

Водоросли и морские травы

Дополнительная информация: Эвтрофикация.

Другим возможным эффектом может быть увеличение количества вредоносных случаев цветения водорослей, что может способствовать накоплению токсинов ( домоевая кислота , бреветоксин , сакситоксин ) в мелких организмах, таких как анчоусы и моллюски , что, в свою очередь, увеличивает случаи амнестического отравления моллюсками , нейротоксичного отравления моллюсками. и паралитическое отравление моллюсками . Хотя цветение водорослей может быть вредным, другие полезные фотосинтезирующие организмы могут получить пользу от повышения уровня углекислого газа. Самое главное, морские травы принесут пользу. Исследования показали, что по мере того, как морские травы повышали свою фотосинтетическую активность, скорость кальцификации кальцинирующих водорослей возрастала, вероятно, потому, что локализованная фотосинтетическая активность поглощала углекислый газ и повышала локальный pH.

Личинки рыб

Закисление океана также может оказывать воздействие на личинки морских рыб . Это внутренне влияет на их обонятельную систему, что является важной частью их раннего развития. Личинки оранжевой рыбы-клоуна в основном обитают на океанических рифах, окруженных растительными островами. . Известно, что личинки используют свое обоняние, чтобы обнаружить различия между рифами, окруженными растительными островами, и рифами, не окруженными растительными островами. Личинкам рыбы-клоуна необходимо уметь различать эти два места назначения, чтобы найти подходящее место для своего роста. Еще одно применение обонятельной системы морских рыб — это различение их родителей и других взрослых рыб во избежание инбридинга.

В экспериментальном аквариуме рыб-клоунов содержали в не подвергавшейся манипуляциям морской воде с pH 8,15 ± 0,07, что аналогично pH нашего нынешнего океана. Чтобы проверить влияние различных уровней pH, морская вода была модифицирована до двух других уровней pH, которые соответствовали моделям изменения климата, которые предсказывают будущие уровни CO ₂ в атмосфере . Модель прогнозирует, что в 2100 году возможный уровень CO ₂ составит 1000 частей на миллион, что соответствует pH 7,8 ± 0,05.

Этот эксперимент показал, что когда личинки подвергаются воздействию pH 7,8 ± 0,05, их реакция на сигналы окружающей среды резко отличается от их реакции на сигналы при pH, равном текущему уровню океана. При рН 7,6 ± 0,05 личинки не реагировали ни на один сигнал. Однако метаанализ, опубликованный в 2022 году, показал, что величина эффекта опубликованных исследований, проверяющих влияние закисления океана на поведение рыб, снизилась на порядок за последнее десятилетие и была незначительной в течение последних пяти лет.

Эмбрионы угря, вид, находящийся под угрозой исчезновения но глубокий в аквакультуре, также страдают от закисления океана, особенно европейский угорь . Хотя большую часть жизни они проводят в пресной воде, обычно в реках, ручьях или лиманах, на нерест и гибель они отправляются в Саргассово море . Именно здесь европейские угри испытывают на себе последствия закисления на одном из ключевых этапов своей жизни.

Эмбрионы и личинки рыб обычно более чувствительны к изменениям pH, чем взрослые особи, поскольку органы регуляции pH еще не полностью развиты. Из-за этого эмбрионы европейского угря более уязвимы к изменениям pH в Саргассовом море. В 2021 году было проведено исследование европейского угря в Саргассовом море с целью анализа конкретного воздействия закисления океана на эмбрионы. в океане конца века _{Исследование показало, что воздействие прогнозируемых условий pCO 2} может повлиять на нормальное развитие этого вида в природе на чувствительных ранних этапах жизненного цикла с ограниченными возможностями физиологического реагирования, в то время как чрезмерное закисление может отрицательно повлиять на выживаемость и развитие эмбрионов в инкубационных условиях. .

Комплексные последствия подкисления, потепления и деоксигенации

Дополнительная информация: Влияние изменения климата на океаны и дезоксигенация океана.

Факторы усиления гипоксии и закисления океана в апвеллинговых шельфовых системах. Экваториальные ветры вызывают подъем воды с низким содержанием растворенного кислорода (DO), высоким содержанием питательных веществ и воды с высоким содержанием растворенного неорганического углерода (DIC) из зоны минимума кислорода . Межшельфовые градиенты продуктивности и времени пребывания придонной воды приводят к снижению (увеличению) силы DO (DIC) по мере прохождения воды через продуктивный континентальный шельф .

Существует значительное количество исследований, показывающих, что сочетание закисления океана и повышенной температуры океана оказывает комплексное воздействие на морскую жизнь и окружающую среду океана. Этот эффект намного превышает индивидуальное вредное воздействие того и другого. Кроме того, потепление океана, наряду с увеличением продуктивности фитопланктона из-за более высоких уровней CO2, _{усугубляет} деоксигенацию океана . Деоксигенация океанских вод является дополнительным фактором стресса для морских организмов, который увеличивает стратификацию океана, что приводит к ограничению питательных веществ с течением времени и уменьшению биологических градиентов.

Мета-анализ позволил количественно оценить направление и масштабы вредного воздействия комбинированного закисления, потепления и дезоксигенации океана на океан. Эти метаанализы были дополнительно проверены в исследованиях мезокосма , которые моделировали взаимодействие этих стрессоров и обнаружили катастрофическое воздействие на морскую пищевую сеть: термический стресс более чем сводит на нет рост продуктивности любого первичного производителя травоядных животных из-за повышенного уровня CO ₂ .

Воздействие на экономику и общество

Повышение кислотности океана замедляет скорость кальцификации соленой воды, что приводит к уменьшению размера и замедлению роста коралловых рифов , на которых обитает примерно 25% морской жизни. Последствия носят далеко идущий характер: от рыболовства и прибрежной среды до самых глубоких глубин океана. Увеличение кислотности океана приводит не только к гибели кораллов, но и к дико разнообразной популяции морских обитателей, которую поддерживают коралловые рифы.

Рыболовная и туристическая отрасль

Угроза подкисления включает в себя сокращение коммерческого рыболовства и индустрии прибрежного туризма . Некоторые товары и услуги океана, вероятно, будут подорваны будущим закислением океана, что потенциально повлияет на средства к существованию примерно от 400 до 800 миллионов человек, в зависимости от сценария выбросов парниковых газов .

Около 1 миллиарда человек полностью или частично зависят от рыболовства, туризма и услуг по управлению прибрежными районами, предоставляемых коралловыми рифами. Таким образом, продолжающееся закисление океанов может поставить под угрозу будущие пищевые цепи, связанные с океанами.

Арктика

В Арктике коммерческое рыболовство находится под угрозой, поскольку подкисление вредит кальцинирующим организмам, которые составляют основу арктических пищевых сетей (птероподы и хрупкие звезды, см. выше). Закисление угрожает арктическим пищевым цепям снизу вверх. Пищевые сети Арктики считаются простыми, а это означает, что в пищевой цепочке от мелких организмов до более крупных хищников мало ступеней. Например, крылоногие являются «ключевой добычей ряда высших хищников – более крупного планктона, рыб, морских птиц, китов». И птероподы, и морские звезды служат важным источником пищи, и их удаление из простой пищевой сети представляет собой серьезную угрозу для всей экосистемы. Воздействие на кальцифицирующие организмы в основе пищевых сетей потенциально может привести к уничтожению рыболовства.

Коммерческое рыболовство США

Взрослый американский омар лежит на морском дне. Род-Айленд, Датч-Айленд, округ Ньюпорт.

Стоимость рыбы, выловленной в ходе коммерческого рыболовства в США в 2007 году, оценивалась в 3,8 миллиарда долларов, и из них 73% были получены от кальцификаторов и их прямых хищников. Другие организмы подвергаются непосредственному вреду в результате закисления. Например, уменьшение роста морских кальцинаторов, таких как американский омар , океанский квахог и морские гребешки , означает, что для продажи и потребления доступно меньше мяса моллюсков. Промысел камчатского краба также находится под серьезной угрозой, поскольку крабы также являются кальцифицирующими факторами. Детеныши камчатского краба при воздействии повышенного уровня закисления через 95 дней имели 100% смертность. В 2006 году на камчатский краб приходилось 23% от общего нормативного уровня вылова, и серьезное сокращение популяции красного краба могло бы поставить под угрозу отрасль добычи крабов.

Возможные ответы

Смягчение последствий изменения климата

Основные статьи: Смягчение последствий изменения климата , Удаление углекислого газа и связывание углерода § Методы связывания в океанах.

Сокращение выбросов углекислого газа (т.е. меры по смягчению последствий изменения климата ) является единственным решением, направленным на устранение основной причины закисления океана. Например, некоторые меры по смягчению последствий сосредоточены на удалении углекислого газа (CDR) из атмосферы (например, прямое улавливание воздуха (DAC), биоэнергетика с улавливанием и хранением углерода (BECCS)). Это также замедлит темпы подкисления.

Подходы, удаляющие углекислый газ из океана, включают удобрение океана питательными веществами , искусственный апвеллинг /даунвеллинг, выращивание морских водорослей , восстановление экосистем, повышение щелочности океана, усиленное выветривание и электрохимические процессы. Все эти методы используют океан для удаления CO ₂ из атмосферы и хранения его в океане. Эти методы могут помочь смягчить последствия, но они могут иметь побочные эффекты на морскую жизнь. Область исследований всех методов CDR значительно расширилась с 2019 года.

В общей сложности «океанские методы обладают совокупным потенциалом удаления от 1 до 100 гигатонн CO ₂ в год». Их стоимость составляет порядка 40–500 долларов США за тонну CO ₂ . Например, усиленное выветривание может удалять 2–4 гигатонны CO ₂ в год. Стоимость этой технологии составляет 50–200 долларов США за тонну CO ₂ .

Технологии удаления углерода, которые добавляют щелочность

См. Также: Связывание углерода § Добавление оснований для нейтрализации кислот.

Некоторые методы удаления углерода повышают щелочность океана и, следовательно, немедленно смягчают изменения pH, что может помочь организмам в регионе, к которому добавляется дополнительная щелочность. В эту категорию попадают две технологии: повышение щелочности океана и электрохимические методы. В конце концов, из-за диффузии, добавление щелочности в отдаленные воды будет весьма небольшим. Вот почему термин «локальное смягчение последствий закисления океана» используется . Обе эти технологии потенциально могут работать в больших масштабах и эффективно удалять углекислый газ. Однако они дороги, имеют множество рисков и побочных эффектов и в настоящее время имеют низкий уровень технологической готовности .

Повышение щелочности океана

Повышение щелочности океана (OAE) — это предлагаемый «метод удаления углекислого газа (CDR), который включает отложение щелочных минералов или продуктов их диссоциации на поверхности океана». Этот процесс увеличит общую щелочность поверхности. Это могло бы способствовать увеличению поглощения океаном CO ₂ . Процесс предполагает увеличение количества бикарбоната (HCO _3- ) за счет ускоренного выветривания ( усиленного выветривания ) горных пород ( силикатных , известняковых и негашеных извести ). Этот процесс имитирует силикатно-карбонатный цикл. CO ₂ либо превращается в бикарбонат, оставаясь в этой форме более 100 лет, либо может осаждаться в карбонат кальция (CaCO ₃ ). Когда карбонат кальция захоронен в глубинах океана, он может удерживать углерод бесконечно долго при использовании силикатных пород.

Усиленное выветривание является одним из типов повышения щелочности океана. Усиленное выветривание увеличивает щелочность за счет рассеяния мелких частиц породы. Это может произойти на суше и в океане (даже если результат в конечном итоге повлияет на океан).

Помимо связывания CO ₂ , добавление щелочности буферизует pH океана, тем самым снижая его подкисление. Однако мало что известно о том, как организмы реагируют на добавленную щелочность, даже из природных источников. Например, выветривание некоторых силикатных пород может привести к выделению большого количества микроэлементов в месте выветривания.

Затраты и энергия, потребляемые на повышение щелочности океана (добыча, измельчение, транспортировка), высоки по сравнению с другими методами CDR. Стоимость оценивается в 20–50 долларов США за тонну CO ₂ (за «прямое добавление щелочных минералов в океан»).

Углерод, секвестрированный в виде бикарбоната в океане, составляет около 30% выбросов углерода со времен промышленной революции .

Экспериментальные материалы включают известняк, брусит , оливин и щелочные растворы. Другой подход заключается в использовании электричества для повышения щелочности во время опреснения воды и улавливания CO2, переносимого водой.

Электрохимические методы

Электрохимические методы, или электролиз , позволяют удалять углекислый газ непосредственно из морской воды. Электрохимические процессы также являются разновидностью повышения щелочности океана. Некоторые методы направлены на прямое удаление CO ₂ (в форме карбоната и газа CO ₂ ), в то время как другие повышают щелочность морской воды путем осаждения остатков гидроксидов металлов, которые поглощают CO ₂ с помощью вещества, описанного в разделе о повышении щелочности океана. Водород, полученный в ходе прямого улавливания углерода, затем может быть переработан для получения водорода для потребления энергии или других лабораторных реагентов, таких как соляная кислота .

Однако реализация электролиза для улавливания углерода является дорогостоящей, а энергия, потребляемая для этого процесса, высока по сравнению с другими методами CDR. Кроме того, продолжаются исследования по оценке воздействия этого процесса на окружающую среду. Некоторые осложнения включают токсичные химические вещества в сточных водах и снижение ДВС в сточных водах; и то, и другое может негативно повлиять на морскую жизнь.

Политика и цели

Демонстрант, призывающий к действиям против закисления океана на Народном климатическом марше (2017 г.)

Глобальная политика

По мере роста осведомленности о закислении океана были разработаны меры политики, направленные на усиление усилий по мониторингу закисления океана. Ранее, в 2015 году, ученый-океанолог Жан-Пьер Гаттузо заметил, что «океан минимально рассматривался на предыдущих переговорах по климату. Наше исследование предоставляет убедительные аргументы в пользу радикальных изменений на конференции ООН (в Париже) по изменению климата».

Международные усилия, такие как Картахенская конвенция ООН (вступившая в силу в 1986 г.), имеют решающее значение для усиления поддержки, оказываемой региональными правительствами наиболее уязвимым районам к закислению океана. Многие страны, например, на тихоокеанских островах и территориях, разработали региональную политику или национальную океаническую политику, национальные планы действий, национальные планы действий по адаптации и совместные национальные планы действий по изменению климата и снижению риска бедствий, чтобы помочь в работе по достижению ЦУР 14. . Закисление океана теперь начинает рассматриваться в этих рамках.

Десятилетие океана

В рамках Десятилетия океана ООН есть программа под названием «Исследование закисления океана в целях устойчивого развития». Она была предложена Глобальной сетью наблюдения за закислением океана (GOA-ON) и ее партнерами и была официально одобрена в качестве программы Десятилетия наук об океане ООН в целях устойчивого развития. Программа OARS основана на работе GOA-ON и преследует следующие цели: дальнейшее развитие науки о закислении океана; расширить наблюдения за изменениями химии океана; определить воздействие на морские экосистемы в местном и глобальном масштабе; и предоставить лицам, принимающим решения, информацию, необходимую для смягчения последствий закисления океана и адаптации к ним.

Глобальные климатические показатели

Важность закисления океана отражена в его включении в один из семи глобальных климатических индикаторов. Эти индикаторы представляют собой набор параметров, которые описывают изменение климата, не сводя изменение климата только к повышению температуры . Индикаторы включают ключевую информацию по наиболее важным областям изменения климата: температуре и энергии, составу атмосферы, океану и воде, а также криосфере. Глобальные климатические индикаторы были определены учеными и специалистами по связям с общественностью в рамках процесса, возглавляемого Глобальной системой наблюдения за климатом (ГСНК). Индикаторы были одобрены Всемирной метеорологической организацией (ВМО). Они составляют основу ежегодного Заявления ВМО о состоянии глобального климата, которое представляется Конференции сторон (КС) Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата (РКИК ООН). Кроме того, Служба по изменению климата «Коперник» (C3S) Европейской комиссии использует индикаторы для своего ежегодного «Состояния климата в Европе».

Цель устойчивого развития 14

В 2015 году Организация Объединенных Наций приняла Повестку дня на период до 2030 года и набор из 17 целей устойчивого развития (ЦУР), включая цель, посвященную океану, Цель устойчивого развития 14 . который призывает «сохранять и устойчиво использовать океаны, моря и морские ресурсы для устойчивого развития». Закисление океана напрямую связано с задачей ЦУР 14.3. Полное название задачи 14.3 звучит так: «Минимизировать и устранить последствия закисления океана, в том числе посредством расширения научного сотрудничества на всех уровнях». Эта цель имеет один показатель: показатель 14.3.1, который предусматривает «Среднюю кислотность морской среды ( рН ), измеренную на согласованном наборе репрезентативных станций отбора проб».  

Межправительственная океанографическая комиссия (МОК) ЮНЕСКО была определена в качестве учреждения-хранителя показателя ЦУР 14.3.1. В этой роли МОК-ЮНЕСКО поручено разработать методологию индикатора ЦУР 14.3.1, ежегодный сбор данных для достижения индикатора ЦУР 14.3.1 и отчетность о достигнутом прогрессе в Организацию Объединенных Наций.

Политика на страновом уровне

Соединенные Штаты

В Соединенных Штатах Федеральный закон об исследованиях и мониторинге закисления океана от 2009 года поддерживает государственную координацию, например, Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA). «Программу закисления океана» В 2015 году USEPA отклонило петицию граждан, которые просили EPA регулировать выбросы CO ₂ в соответствии с Законом о контроле за токсичными веществами 1976 года, чтобы смягчить закисление океана. Отрицая это, Агентство по охране окружающей среды заявило, что риски, связанные с закислением океана, «более эффективно и действенно устраняются» в рамках внутренних действий, например, в рамках Президентского плана действий по изменению климата , и что используются многочисленные направления для работы с другими странами и в других странах для сокращения выбросов. выбросов и обезлесения, а также способствовать развитию чистой энергетики и энергоэффективности.

История

Исследования явления закисления океана, а также повышение осведомленности об этой проблеме продолжаются уже несколько десятилетий. Фундаментальные исследования начались с создания шкалы pH датским в химиком Сёреном Педером Лаурицем Сёренсеном 1909 году. Примерно к 1950-м годам огромная роль океана в поглощении ископаемого топлива CO ₂ была известна специалистам, но не была оценена широким научным сообществом. На протяжении большей части 20-го века основное внимание уделялось благотворному процессу поглощения CO ₂ океаном , который значительно смягчил изменение климата. Концепция «слишком много хорошего» возникла поздно и была вызвана лишь некоторыми ключевыми событиями, а океанический поглотитель тепла и CO ₂ по-прежнему имеет решающее значение в качестве основного буфера против изменения климата.

В начале 1970-х годов во всем мире уже возникали вопросы о долгосрочных последствиях накопления ископаемого топлива CO ₂ в море и вызывали бурные споры. Исследователи прокомментировали накопление ископаемого CO ₂ в атмосфере и море и обратили внимание на возможное воздействие на морскую жизнь. К середине 1990-х годов вероятное воздействие такого высокого уровня CO ₂ с неизбежными изменениями pH и карбонат-ионов стало предметом беспокойства ученых, изучающих судьбу коралловых рифов.

К концу 20-го века компромисс между полезной ролью океана в поглощении около 90 % всего выделяемого тепла и накоплением около 50 % всего выбрасываемого ископаемого топлива CO ₂ и воздействием на морскую жизнь был становится более ясным. К 2003 году, когда планировалось проведение «Первого симпозиума по океану в мире с высоким содержанием CO ₂ », который должен был состояться в Париже в 2004 году, было опубликовано множество новых результатов исследований по закислению океана.

В 2009 году члены Межакадемической группы призвали мировых лидеров «признать, что сокращение накопления CO ₂ в атмосфере является единственным практически возможным решением по смягчению последствий закисления океана». В заявлении также подчеркивается важность «активизации действий по уменьшению стрессовых факторов, таких как чрезмерный вылов рыбы и загрязнение , морских экосистем для повышения устойчивости к закислению океана».

Например, исследование 2010 года показало, что только за 15-летний период 1995–2010 годов кислотность увеличилась на 6 процентов в верхних 100 метрах Тихого океана от Гавайских островов до Аляски.

Согласно заявлению, сделанному в июле 2012 года Джейн Любченко , главой Национального управления океанических и атмосферных исследований США , «поверхностные воды меняются гораздо быстрее, чем предполагали первоначальные расчеты. Это еще одна причина очень серьезно беспокоиться о количестве углекислого газа, который сейчас находится в атмосфере, и дополнительное количество мы продолжаем выбрасывать».

Исследование 2013 года показало, что кислотность увеличивалась в 10 раз быстрее, чем во время любого эволюционного кризиса в истории Земли.

«Третий симпозиум по проблемам океана в мире с высоким содержанием CO ₂ » состоялся в Монтерее, штат Калифорния, в 2012 году. В резюме конференции для политиков говорилось, что «исследования подкисления океана быстро растут».

В сводном отчете, опубликованном в журнале Science в 2015 году, 22 ведущих морских ученых заявили, что CO ₂ от сжигания ископаемого топлива меняет химический состав океанов быстрее, чем когда-либо после Великого вымирания (самого серьезного известного события вымирания Земли). В их докладе подчеркивается, что максимальное повышение температуры на 2 °C, согласованное правительствами, отражает слишком незначительное сокращение выбросов, чтобы предотвратить «драматическое воздействие» на мировые океаны.

Исследование, проведенное в 2020 году, утверждает, что закисление океана отрицательно влияет не только на морскую жизнь, но и на здоровье человека. Закисление океана негативно влияет на качество продуктов питания, проблемы с дыханием и здоровье человека.

См. также

• Биологический насос – Процесс улавливания углерода в океанах
• свободного океана CO ₂ Обогащение – технология изучения закисления океана
• Поглотитель углерода - резервуар, поглощающий больше углерода из воздуха, чем выбрасывающий его в воздух.
• Подкисление эстуариев – снижение значений pH в прибрежных морских экосистемах
• Голоценовое вымирание - продолжающееся вымирание, вызванное деятельностью человека.
• Закисление океана в Северном Ледовитом океане
• Закисление океана на Большом Барьерном рифе – угроза рифу, снижающая жизнеспособность и прочность кораллов, образующих рифы.
• Деоксигенация океана - уменьшение содержания кислорода в океанах.
• Загрязнение воды

Внешние ссылки

• Глобальная сеть наблюдения за закислением океана (GOA-ON)
• Десятилетие наук об океане Организации Объединенных Наций в интересах устойчивого развития (2021–2030 гг.)
• Программа США по борьбе с окислением океана NOAA