Detta är den sjunde i en serie på tio delar om de pågående globala effekterna av klimatet förändra. Dessa berättelser kommer att titta på de nuvarande effekterna av en föränderlig planet, vad den framväxande vetenskapen föreslår ligger bakom dessa förändringar och vad vi alla kan göra för att anpassa oss till dem.
Bänd upp ditt första ostronskal, och visionen som möter dig är' t det aptitretande. Den grå, glänsande kulan inuti ser kall och slemmig ut. Men människor världen över är besatta av att äta denna skalade delikatess.
“Det populäraste sättet att äta dem i Australien är råa , säger Elliot Scanes. Han är marinbiolog vid University of Sydney i Australien. Även om ostron kan vara slemmiga och “ha konsistensen av en booger”, konstaterar han, är smaken en vinnare hos många människor. Ostron, säger han, “smakar som salt sushi.” Och det finns stora affärer i dessa havsbråkare.
I USA:s nordvästra Stillahavsområdet tar ostron in 111 miljoner dollar per år. I Australien, där Scanes är marinbiolog vid University of Sydney, är det 26 miljoner dollar.
Men de miljonerna — och ostronen som för in dem — är i fara. I nordvästra Stilla havet har små ostron dött i miljarder. Deras små skal löstes upp innan de var helt bildade. I Australien upptäcker Scanes att det finns fler kvinnliga och färre manliga stenostron från Sydney – vilket kan påverka hur många ostron som fyller tallrikarna på framtida australiensiska matgäster.
Förklarare: Havsförsurning
Orsaken är havsförsurning. Genom sin industriella verksamhet och förbränning av fossila bränslen har människor pumpat fler och fler växthusgaser, som koldioxid eller CO
2, i luften. Havet kommer att absorbera ungefär en fjärdedel av den gasen. Där kommer den att reagera med vatten på ett sätt som gör havet något surare.
Människor kanske aldrig märker förändringen när de går för ett dopp, men för organismer som kallar havet hem är försurning en källa till stress. Det sätter många av de skaldjur vi älskar att äta – som ostron – i fara. Och det enda sättet att stoppa det är att stoppa utsläppet av CO2 i luften.
Havet: Så grundläggande
Dagens hav är något basiskt eller alkaliskt. Forskare använder den 14-gradiga pH-skalan för att klassificera ämnen från mycket sura till mycket alkaliska. Rent vatten är en helt neutral 7. Batterisyra faller runt 1. Tvålvatten är cirka 12.
Vatten i havet innehåller salt (natriumklorid) och andra kemikalier som kalcium och bor. Vattenmolekylerna själva förändras alltid. H2
O bryts upp i negativt laddade hydroxidjoner (syre och väte) och positivt laddade vätejoner . Dessa vätejoner är själva definitionen av en syra. (En syra är vilket ämne som helst som frigör vätejoner.) Många extra väteatomer gör ett ämne surt.
Förklarare: CO
2 och andra växthusgaser
En del av dessa joner reagerar med de andra kemikalierna i vatten. Om vätejoner är fler än hydroxidjoner är vattnet något surt. Om hydroxidjoner är fler än vätejoner är det mer basiskt. Havsvatten är något basiskt, med ett pH runt 8,2.
Eller åtminstone så var det förr.
Omkring en fjärdedel av mänsklighetens utsläpp av CO2 absorberas av världshaven. Där reagerar denna gas med vattenmolekyler och karbonatjoner (en kol- och tre syreatomer). Resultatet är en kemikalie som kallas bikarbonat – och ett gäng överblivna vätejoner. Dessa vätejoner lägger till de vätejoner som redan finns, vilket gör havsvattnet surare.
När det finns för mycket koldioxid i vattnet betyder det att det finns mer bikarbonat. Det förbrukar karbonatet i vattnet, vilket gör det svårare för organismer att använda det för sina skal.NOAA
Sedan mitten av 1700-talet, När människor började bränna fossila bränslen i enorma mängder har pH i det globala havet sjunkit med en tiondels punkt, konstaterar Nyssa Silbiger. Hon studerar havsförsurning vid California State University i Northridge. Den där tiondels poängen kan tyckas liten. Men pH mäts på en logaritmisk
skala, där varje ytterligare 1 poäng är lika med en 10-faldig ökning. Ett ämne med ett pH på 8 har 10 gånger
mängden hydroxidjoner som ett med ett pH på 7. En förändring från 8,2 till 8,1 är alltså inte så liten.
Men denna förändring är inte densamma över hela havet. Förändringen på 0,1 poäng, noterar Silbiger, är ett genomsnitt över hela det enorma havet. Den kan vara något högre eller lägre, beroende på tid och plats.
Kemiska berg-och dalbanor
Det är inte lätt att studera pH i det stora öppna havet. Vissa forskare satte istället upp experiment i labbet. Men Silbiger vände sig till ett naturligt experimentellt utrymme: Kaliforniens tidvattenpooler vid kusten. från havet vid lågvatten. Men de samlar vatten när havsvågor sköljer över dem under högvatten. Vattnets pH i dessa grunda bassänger svänger upp och ner. På en enda dag kan en tidvattenpools pH svänga från lägsta 7,09 till högsta 8,90. Samtidigt kommer temperaturen att variera då poolen är avskuren från havet och värms upp av solen. Även poolens syrenivåer stiger och sjunker. Det kan ge en tuff livsstil. Ändå trivs många organismer – som sjöstjärnor, sjöborrar och alger – här.
Tidvattenpooler är ett utmärkt tillfälle för vetenskapen . “När skilt från havet, säger Silbiger, “jag kan räkna varenda organism” och studera vattnets kemi. På så sätt kan hon ta reda på “hur organismerna förhåller sig till förändringar i kemin.”
Tidvattenpooler är avskurna från havet när tidvattnet är lågt. Det gör dem till bra ställen att studera hur havets pH förändras och vad som gör att det varierar.lovleah/iStockphoto
Stoppar på matvaror Toppen av labbutrustning tillbringade Silbiger och en annan forskare två månader med att resa uppför USA:s västkust i en husbil. På sin resa testade de tidvattenpool efter tidvattenpool.
Den viktigaste faktorn för en tidvattenpools pH var vad som levde i den, fann Silbiger. Alger, sjögräs och andra fotosyntetiska organismer driver sin aktivitet med solljus på dagen. Längs vägen använder de CO2. Resultatet är en ökning av pH – vilket innebär att vattnet blir mindre surt. På natten, när det inte finns någon sol, lägger dessa organismer CO2
tillbaka i vattnet. Det sänker pH-värdet igen — gör det surare.
Djur i tidvattenpooler producerar CO2 alla tiden, dag och natt. Den där CO2
försurar tidvattenpoolen. Ju fler fotosyntetiska organismer som lever i en tidvattenpool, desto mer höjs pH-värdet under dagen. Ju fler djur i tidvattenpoolen, desto mer sjunker dess pH på natten.
Silbiger och hennes kollega Cascade Sorte, av University of California, Irvine, publicerade sina resultat den 15 januari 2018 i Scientific Reports.
Denna dagliga pH-berg-och-dalbana sköljer över organismerna som lever i tidvattenpoolerna och närliggande grunda områden i havet. Om du är en mussla, mussla eller annan organism med ett hårt skal, kan dessa pH-förändringar inte ignoreras.
Kommer ut ur ditt skal
Havet är inte en plats du skulle vilja leva utan skydd. Vågor slår. Vatten pressar in på alla sidor. Hungriga rovdjur strövar omkring.
Musslor, ostron, koraller och många andra organismer i havet skyddar sig själva med ett tufft skal. Det bildas av kalciumkarbonat
. Denna kemikalie har en atom av kalcium kopplad till en karbonatjon.
Under normala havsförhållanden kan ett djur göra tillräckligt med kalciumkarbonat från kalcium och karbonat i vattnet för att bygga sitt skal. Men som mer CO2
från atmosfären löses upp i havet, mer bikarbonat bildas. Det förbrukar karbonat och lämnar skalbyggande organismer med mindre skalbyggande kalciumkarbonat.
Den bristen kan påverka allt från hur en korall växer till hur ett ostron daterar.
Koraller och ostron är inte bra på att prata om sina känslor. Men Emily Rivest kan säga att de är stressade. Hon är marinbiolog vid Virginia Institute of Marine Science vid College of William and Mary i Williamsburg. Där sätter hon och hennes elever ut sensorer och fyller akvarier med ostron från den närliggande Chesapeake Bay.
Musslor, ostron och andra tidvatten -poolinvånare lider i ett surare hav, har Rivest funnit. På dagen, när växter och andra fotosyntetiska organismer höjer tidvattenpoolernas pH, bygger skalskapande organismer bort. På natten, när pH sjunker, gör skalbyggande det också. Och ju lägre pH-värdet blir på natten, desto mindre byggs det, har Rivests team visat. Ostron kan hantera de vilda pH-svängningarna i tidvattenpoolen. Men bara till en viss punkt. Om poolerna inte blir tillräckligt grundläggande under dagen, kan de inte bygga upp tillräckligt med skal.
Termen “ havsförsurning” tar upp visioner om surt vatten som äter upp ett stackars, försvarslöst ostron. Men så är det verkligen inte, säger Rivest. “Det är inte så att de blir små för att ostronen löses upp från utsidan och in”, förklarar hon. “Det beror på att de växer långsammare inifrån och ut.”
Tillväxten saktar ner eftersom ostronet måste spendera mer energi för att dra ut kalcium och karbonat ur vattnet för att bygga dess skal. Havsförsurning får djuret att arbeta hårdare.
“Det skulle vara häftigt att se ett ostron springa runt och leta efter kalciumkarbonat, men de har fastnat på ett ställe, säger Rivest. “De måste lägga mer energi på att lägga ner skalet.” Att ta igen den energin innebär att få mer att äta — eller bara växa mindre.
De här ostron är inte bara klatter. När folk gillar att äta dem är de mestadels gonad! Här är könskörtlarna inringade i de två ostronen till vänster. iBorisoff/iStockphoto
De framtiden är kvinna
Havsförsurning kan påverka ostron även på andra sätt. Faktum är att det påverkar hur ostron parar sig — och gör fler ostron, finner Scanes från University of Sydney.
Efter att ostron parar sig , manliga ostron föds. Men ostronhonor föds inte. De är gjorda. Efter att ostronlarver flyter runt i vattnet och sätter sig på en yta tillbringar de sitt första år med att växa. Under det första året växer ostron manliga könskörtlar, eller reproduktionsorgan. Sedan kommer de att leka för första gången som hanar och släppa ut moln av spermier
i vattnet.
Ostron återväxer sina könskörtlar varje år. Vid det andra året odlar några av dessa ostron nu en honans äggbildande könskörtlar. Efter ett tag, om ostronen inte är för trånga, säger Scanes, kommer cirka 50 procent av ostronen att bli honor som årligen släpper ägg.
Men om havet fortsätter att försuras ser framtiden för ostron allt mer kvinnlig ut.
I ett experiment, Scanes och hans kollegor lade till mer CO2
till vattnet som deras ostron levde i. Det var för att se hur livet i ett surare hav kan se ut för dessa skaldjur. De lade till tillräckligt med CO2 för att få ner pH till 7,9. Det pH-värdet ligger inom det intervall som den mellanstatliga panelen för klimatförändringar förutspår kan inträffa om 100 år om människor fortsätter att släppa ut växthusgaser som vi gör nu.
Om ostron exponerades för ett nyligen surt hav i två månader innan deras nästa lek, var det mer sannolikt att de hamnade som honor, fann Scanes team. “Efter bara dessa 8 veckor var [there] 16 procent fler kvinnor”, säger han. Om den trenden fortsätter, med en större andel av ostronen som nu är honor, kan färre ostron bli resultatet.
Scanes och hans kollegor publicerade sina resultat 14 februari 2018 i Proceedings of the Royal Society: B
.
Ostron är viktiga eftersom vi äter dem. Men deras värde sträcker sig längre än så. Ostron, musslor och andra skalade arter är filtermatare och rensar vattnet när de äter. De är också grundarter — sådana som bygger strukturer som andra organismer kan umgås i.
Den mest kända grundarten kan vara koraller. De skapar också sina utarbetade strukturer från kalciumkarbonat. “Coral bygger en komplex tredimensionell revstruktur som ger ett hem till dussintals andra arter,” noterar Rivest. “Utan den strukturen har du inte de fördelarna.”
Rebecca Albright beskriver “förkalkning” och hur det kan vara försämrad i koraller som utsätts för havsförsurning.
California Academy of Sciences/YouTube
Det krävs en korallby
Havsförsurning kan påverka tillväxten av en enskild korall. Men dessa organismer är inte ensamma. Koraller packas ihop och producerar rev som i sin tur ger bostäder och mat åt andra varelser. Dessa rev fungerar som enorma havsstäder.
Havsförsurning kan slipa simskridskor
När haven försuras är koraller kanske inte de enda organismerna som drabbas i dessa städer. Det finns en hel gemenskap av fiskar, mikrober, ryggradslösa djur och andra saker som lever på och nära dessa koraller. De kan också påverkas.
Detta är inte något som enkelt kan studeras i ett labb eller tidvattenbassäng. Så Rebecca Albright flög halva jorden runt. Hon är en korallrevsbiolog vid California Academy of Sciences i San Francisco. Albright var en del av ett team som undersökte detta vid världens största korallsamhälle – Stora barriärrevet.
Slår havsförsurningen ur laxens dofter?
Att forska här, utanför Australiens kust, är inte särskilt glamoröst. Vid forskningsstationen på One Tree Island måste all mat tas in med flyg och sedan med båt. Sallat kommer så ruttet att det kan droppa ur påsen. Forskare som vistas där “duschar” med hinkar med havsvatten.
Men det har varit värt allt att göra havet rosa.
Albright och hennes grupp började med en liten pool i havet. Teamet samlade in 15 000 liter (nästan 4 000 gallon) havsvatten, tillräckligt för att fylla poolen. De lade till rosa färg och bubblor av koldioxid (CO2). “Vi bubblade bara upp det som en massiv SodaStream”, säger Albright. Gasen och färgen löstes upp i havsvattnet, vilket gjorde det surare.
Sedan släppte Albright och hennes kollegor ut det rosa havsvattnet på revet. Detta sänkte pH på ett litet område. Var tredje dag i två månader sänkte forskarna pH på detta sätt i en timme. Förändringen var liten, en minskning från 8,1 till 8,0. Men det lägre pH-värdet bromsade revets bygghastighet med upp till en tredjedel. Detta var ett mycket större fall än de flesta studier finner när de tittar på rev i labbet, påpekar Albright.
Rebecca Albright justerar ett undervattensinstrument. Hon och hennes kollegor ändrade pH-värdet för hela sträckor av korallrev för att ta reda på hur revet kan förändras.
“Det är verkligen angående”, tillägger hon, “eftersom korallrev hamras av blekning.” Blekning är vad som händer när koraller blir för varma. Värmen kan få dem att vräka de hjälpsamma algerna som normalt lever inuti dem. Det gör att korallerna blir benvita. Korallerna är inte döda vid det här laget. Men de är stressade. För att återhämta sig måste korallerna växa snabbt, säger Albright. Men hennes data visar att “försurning saktar ner den processen.”
Albright och hennes kollegor publicerade sina resultat 14 mars 2018 i tidskriften Nature.
För att göra saker mer komplexa svarar inte alla korallrev på samma sätt.
Andreas Andersson är oceanograf på University of California i San Diego. Han arbetar på rev i klarblått hav utanför Bermuda, på andra sidan planeten från Stora barriärrevet. Bermudas rev sitter i utkanten av tropikerna. Det betyder att de upplever fler upp- och nedgångar i temperatur än tropiska rev. Här hänger också olika typer av koraller. – Om man tittar på reven på Bermuda, [they’re] skiljer sig från rev som man hittar närmare ekvatorn, säger Andersson. “[They have] mer massiva koraller, inte grenkoraller.”
Andersson har funnit att Bermudas rev inte gör det svara på havsförsurning som de gör i Australien. “De verkar vara ganska starka”, säger han. “Vi har gjort experiment som exponerar dem för mycket höga surhetsnivåer. Och de verkar inte bry sig.” Faktum är att när vintrarna blir varmare växer Bermudakorallerna snabbare. På grund av detta antar Andersson att rev som de på Bermuda skulle kunna vara hur framtidens korallrev kan komma att se ut.
Eller inte. “Det kan också vara så att [reefs] på Bermuda [reefs] haft tur”, medger Andersson. Och om vattnet blir för varmt kommer till och med de tuffa bermudakorallerna att bleka.
Tillbaka till framtiden
Ibland, för att ta reda på hur framtiden kan se ut, hjälper det att se tillbaka på det förflutna. Det är därför Carrie Lear och Sindia Sosdian tittar på bevis från forntida hav. Den erbjuder att berätta för dem om hur havsförsurning kan förändra framtidens hav.
Detta är en mikroskopbild av forams, de små skaldjur som Lear och Sosdian använde i sitt arbete.
Paul Pearson
Lär studier paleoklimat (“paleo” syftar på det förflutna). Sosdian studerar klimatförändringar. Båda arbetar vid Cardiff University i Wales. För att spåra havets pH-värde har de två tittat på sediment grävt upp från havsbotten. Nedskräpning av sedimentet är spår av encelliga havsdjur. De är kända som foraminifera (For-am-in-NIF-er-uh), eller forams.
Foram har två egenskaper som gör dem utmärkta för att studera försurning. Ett: De har funnits länge. Vissa arter av dem har flytit genom havet i miljontals år. Ännu viktigare är att de har små kalciumkarbonatskal. De bygger upp dessa skal precis som ostron och koraller gör. Men när de slurpar upp kalciumkarbonat är de inte särskilt kräsna. De kommer ibland att ta in andra molekyler också. Som boratjoner. Dessa är boratomer bundna till tre syreatomer.
Foram tar upp borater när de bygger sina skal. Så Lear och Sosdian tittade på små skal från hela världen och gå tillbaka miljoner år. Vid olika tidpunkter rådde olika borisotoper – versioner av ett grundämne med olika antal neutronpartiklar i sina kärnor. Hur mycket bor foram slurpar upp skiljer sig när pH i havet går upp eller ner. Så mängden och typen av bor i foramskal berättade för dem hur surt havet hade varit vid olika tidpunkter tidigare.
Slammet som Carrie Lear (till vänster) pekar på innehåller ett fossilregister fullt av gamla foram. Sindia Sosdian (höger) studerade dessa fossiler i labbet för att ta reda på pH i forntida hav.C. Lear och S. Sosdian
Lear och Sisdian var mest nyfiken på när havets pH förr var så lågt som 7,8. Det är vad havets pH kan vara om 100 år från nu, om människor inte minskar hur mycket CO2 pumpar de ut i atmosfären. Lear och Sosdians foram visade att havets pH senast var så lågt för 14 miljoner år sedan – en tid som kallas Miocen (MY-oh-seen) klimatoptimum.
“I det miocen klimatoptimum, CO
2 var högre än idag”, rapporterar Sosdian nu. “Men det var mer ett naturligt fenomen.” Det var en ökning av vulkanaktiviteten vid den här tiden, förklarar hon. Det gav mycket CO2 i luften och havet. Sosdian och Lear publicerade sina resultat den 15 september 2018 i Earth and Planetary Science Letters.
“Det är ett slags 'wow
'-ögonblick”, noterar Sosdian, “för att säga att vi kommer till en punkt som vi inte har sett” på 14 miljoner år. “Vi får en uppskattning för hur detta kommer att påverka det marina livet.”
När det miocena havet försurades försurades några koraller och blötdjur dog ut. Andra soldater vidare. Vissa plankton – de små organismerna som driver genom havet – använde kalciumkarbonat för sina skal. De överlevde inte bara, de trivdes verkligen.
Men förra gången haven var så sura, hade processen skedde långsamt. Så arter hade miljontals år på sig att anpassa sig. Det som tog miljontals år då kan nu utvecklas på bara några decennier. Och de flesta arter kommer sannolikt inte att kunna anpassa sig så snabbt.
Så, hur kan vi stoppa havsförsurningen för att rädda ostron och korallrev? “Det är den svåraste frågan!” säger Albright. Vissa människor har föreslagit att dumpa kemikalier i havet för att göra det mindre surt. Andra utvecklar koraller som kan motstå surare vatten.
“Det finns massor av saker som tittas på för att försöka hjälpa reven under de kommande 50 till 100 åren”, säger hon. “Men jag har inte träffat en enda person i det vetenskapliga samfundet som känner att det kommer att lösa det här problemet.” Om vi fortsätter att dumpa CO2 i luften och havet i vår nuvarande takt, konstaterar hon, ingen mängd resistenta koraller eller pH-höjande kemikalier kommer att stå emot våra ansträngningar.
“Den enda lösningen,” säger Albright, “är att sluta
i första hand.”
Rättelse: Denna artikel reviderades den 28 februari 2018 för att korrigera identiteten på kollegan som reser med Nyssa Silbiger.
Leave a Reply