Понимание закисления океана: Глобальная угроза

Мировые океаны, покрывающие более 70% нашей планеты, играют жизненно важную роль в регулировании климата и поддержании жизни. Они поглощают значительную часть углекислого газа (CO₂), выбрасываемого в атмосферу в результате деятельности человека. Хотя это поглощение помогает смягчить последствия изменения климата, оно достигается дорогой ценой: закисление океана. Это явление, часто называемое «равноценным злым близнецом изменения климата», представляет собой серьезную угрозу для морских экосистем и миллиардов людей, которые от них зависят.

Что такое закисление океана?

Закисление океана - это продолжающееся снижение pH Мирового океана, вызванное в основном поглощением углекислого газа (CO₂) из атмосферы. Когда CO₂ растворяется в морской воде, он вступает в реакцию с образованием угольной кислоты (H₂CO₃). Этот процесс увеличивает концентрацию ионов водорода (H⁺), тем самым снижая pH океана. Хотя океан буквально не становится кислым (его pH остается выше 7), термин «закисление» точно описывает сдвиг в сторону более кислых условий.

Проще говоря: Больше CO₂ в атмосфере → Больше CO₂ поглощается океаном → Повышенная кислотность в океане.

Химия закисления океана

Химические реакции, связанные с закислением океана, можно резюмировать следующим образом:

1. Растворение CO₂: Углекислый газ из атмосферы растворяется в морской воде: CO_{2 (атмосфера)} ⇌ CO_{2 (морская вода)}
2. Образование угольной кислоты: Растворенный CO₂ реагирует с водой с образованием угольной кислоты: CO_{2 (морская вода)} + H₂O ⇌ H₂CO₃
3. Образование бикарбоната: Угольная кислота диссоциирует на ионы бикарбоната и ионы водорода: H₂CO₃ ⇌ HCO₃^- + H⁺
4. Образование карбоната: Ионы бикарбоната далее диссоциируют на ионы карбоната и ионы водорода: HCO₃^- ⇌ CO₃^2- + H⁺

Увеличение количества ионов водорода (H⁺) снижает pH, делая океан более кислым. Кроме того, повышенная концентрация ионов водорода снижает доступность ионов карбоната (CO₃^2-), которые имеют решающее значение для морских организмов, строящих раковины и скелеты из карбоната кальция (CaCO₃).

Причины закисления океана

Основной причиной закисления океана является увеличение концентрации CO₂ в атмосфере в результате деятельности человека, особенно сжигания ископаемого топлива (угля, нефти и природного газа), вырубки лесов и промышленных процессов.

• Сжигание ископаемого топлива: Сжигание ископаемого топлива высвобождает огромное количество CO₂ в атмосферу, превышая естественную способность океана поглощать его без значительных химических изменений.
• Вырубка лесов: Леса действуют как поглотители углерода, поглощая CO₂ из атмосферы. Вырубка лесов снижает способность планеты удалять CO₂, что приводит к увеличению концентрации в атмосфере.
• Промышленные процессы: Различные промышленные виды деятельности, такие как производство цемента, также высвобождают значительное количество CO₂.
• Изменения в землепользовании: Сельское хозяйство и урбанизация также могут способствовать увеличению выбросов CO₂.

Последствия закисления океана

Закисление океана оказывает глубокое и далеко идущее воздействие на морские экосистемы и услуги, которые они предоставляют.

Воздействие на морские организмы

Наиболее значительное воздействие закисления океана оказывает на морские организмы, которые используют карбонат кальция для построения своих раковин и скелетов. К ним относятся:

• Моллюски: Устрицам, моллюскам, мидиям и другим моллюскам становится трудно строить и поддерживать свои раковины в более кислых водах. Это может привести к истончению, ослаблению раковин, повышению уязвимости к хищникам и снижению темпов роста. Например, на аквакультурных фермах на северо-западе Тихого океана (США) фермеры, выращивающие устриц, столкнулись с массовой гибелью личинок устриц из-за закисления океана. Им пришлось внедрить дорогостоящие системы очистки воды, чтобы смягчить последствия. С аналогичными проблемами сталкиваются фермеры, выращивающие моллюсков, во всем мире, от Европы до Азии.
• Коралловые рифы: Коралловые рифы, которым уже угрожают изменение климата и другие стрессовые факторы, особенно уязвимы к закислению океана. Кораллы используют карбонат кальция для построения своих скелетов, и закисление океана затрудняет этот процесс, что приводит к замедлению темпов роста, повышению восприимчивости к эрозии и обесцвечиванию кораллов. Большой Барьерный риф в Австралии, одна из крупнейших в мире систем коралловых рифов, испытывает значительную деградацию из-за закисления океана и потепления вод. Это угрожает биоразнообразию и индустрии туризма, которая зависит от рифа.
• Планктон: Некоторые виды планктона, основы морской пищевой сети, также строят раковины из карбоната кальция. Закисление океана может повлиять на их рост, размножение и выживание, оказывая каскадное воздействие на всю экосистему. Например, исследования в Арктическом океане показали, что закисление океана влияет на способность некоторых видов планктона формировать свои раковины, что потенциально нарушает всю арктическую пищевую сеть.
• Рыба: Хотя рыба не строит раковины, закисление океана все же может на нее повлиять. Это может ухудшить их способность обнаруживать хищников, находить пищу и размножаться. Исследования на рыбах-клоунах, например, показали, что закисление океана может нарушить их обоняние, делая их более уязвимыми для хищников.

Последствия на уровне экосистемы

Воздействие на отдельные виды может распространиться по всей морской экосистеме, что приведет к:

• Нарушения пищевой сети: Изменения в численности планктона и видовом составе могут нарушить всю морскую пищевую сеть, повлияв на популяции рыб, морских млекопитающих и морских птиц.
• Утрата среды обитания: Уменьшение количества коралловых рифов приводит к утрате среды обитания для бесчисленных морских видов, снижая биоразнообразие и устойчивость экосистемы.
• Изменения в распространении видов: По мере изменения условий океана некоторые виды могут быть вынуждены мигрировать в более подходящие места обитания, изменяя модели распространения видов и потенциально приводя к конкуренции и конфликтам.

Социально-экономические последствия

Закисление океана также имеет значительные социально-экономические последствия:

• Рыболовство: Сокращение популяций рыб и запасов моллюсков может негативно повлиять на рыболовство, повлияв на продовольственную безопасность и средства к существованию миллионов людей во всем мире. Например, общины в Юго-Восточной Азии, которые в значительной степени зависят от рыболовства, особенно уязвимы к последствиям закисления океана.
• Аквакультура: Закисление океана представляет собой серьезную угрозу для аквакультуры, особенно для выращивания моллюсков, что потенциально может привести к экономическим потерям и потере рабочих мест.
• Туризм: Деградация коралловых рифов и других морских экосистем может негативно повлиять на туризм, особенно в прибрежных регионах, которые зависят от дайвинга, сноркелинга и других видов деятельности, связанных с морем. Например, Мальдивы в значительной степени полагаются на туризм, сосредоточенный вокруг коралловых рифов, что делает их очень уязвимыми к последствиям закисления океана.
• Защита побережья: Здоровые коралловые рифы и скопления моллюсков обеспечивают естественную защиту побережья, смягчая энергию волн и уменьшая эрозию. Их сокращение повышает уязвимость прибрежных сообществ к штормам и повышению уровня моря.

Измерение закисления океана

Ученые используют различные методы для мониторинга закисления океана, в том числе:

• Измерения pH: Непосредственное измерение pH с использованием электронных датчиков и химических индикаторов.
• Измерения CO₂: Измерение концентрации растворенного CO₂ в морской воде.
• Измерения щелочности: Измерение буферной емкости океана, его способности противостоять изменениям pH.
• Спутниковые данные: Использование спутникового дистанционного зондирования для мониторинга цвета океана и концентрации CO₂ на поверхности.
• Океанические обсерватории: Развертывание долгосрочных океанических обсерваторий, оснащенных датчиками для мониторинга различных параметров океана, включая pH, CO₂ и температуру.

Эти измерения имеют решающее значение для отслеживания прогресса закисления океана, понимания его последствий и оценки эффективности стратегий смягчения последствий. Глобальные инициативы, такие как Глобальная сеть наблюдения за закислением океана (GOA-ON), способствуют международному сотрудничеству в мониторинге и исследовании закисления океана.

Решения для борьбы с закислением океана

Решение проблемы закисления океана требует многогранного подхода, который включает в себя сокращение выбросов CO₂, восстановление морских экосистем и разработку стратегий адаптации.

Сокращение выбросов CO₂

Самый эффективный способ борьбы с закислением океана - сокращение выбросов CO₂ в результате деятельности человека. Это требует глобальных усилий для:

• Переход к возобновляемым источникам энергии: Переход от ископаемого топлива к возобновляемым источникам энергии, таким как солнечная, ветровая и гидроэнергия. Energiewende (энергетический переход) в Германии является примером национальных усилий по переходу к возобновляемым источникам энергии.
• Повышение энергоэффективности: Сокращение потребления энергии за счет улучшения проектирования зданий, транспортных систем и промышленных процессов.
• Сокращение вырубки лесов: Защита и восстановление лесов для усиления секвестрации углерода. Такие страны, как Коста-Рика, добились значительного прогресса в усилиях по восстановлению лесов.
• Устойчивое сельское хозяйство: Внедрение устойчивых методов ведения сельского хозяйства, которые сокращают выбросы и усиливают секвестрацию углерода в почвах.
• Улавливание и хранение углерода: Разработка и развертывание технологий для улавливания CO₂ из промышленных источников и хранения его под землей или в других местах долгосрочного хранения.

Международные соглашения, такие как Парижское соглашение, направлены на ограничение глобального потепления и сокращение выбросов CO₂, но необходимы более сильные обязательства и более амбициозные действия.

Восстановление морских экосистем

Восстановление и защита морских экосистем может повысить их устойчивость к закислению океана и другим стрессовым факторам.

• Восстановление коралловых рифов: Реализация проектов по восстановлению коралловых рифов, таких как выращивание кораллов и стабилизация рифов, для помощи в восстановлении поврежденных рифов. Различные проекты по всему миру, в том числе в Карибском бассейне и Юго-Восточной Азии, активно участвуют в восстановлении коралловых рифов.
• Восстановление морских водорослей: Восстановление зарослей морской травы, которые могут поглощать CO₂ из воды и обеспечивать среду обитания для морской жизни. Проекты по восстановлению морской травы осуществляются в различных местах, в том числе в Чесапикском заливе в Соединенных Штатах и ​​в прибрежных районах Австралии.
• Восстановление устричных рифов: Восстановление устричных рифов, которые могут фильтровать воду, обеспечивать среду обитания и буферизировать энергию волн. Фонд Чесапикского залива активно участвует в восстановлении устричных рифов в Чесапикском заливе.
• Охраняемые морские районы: Создание охраняемых морских районов для защиты критически важных мест обитания и биоразнообразия. Страны по всему миру создали охраняемые морские районы, от небольших прибрежных заповедников до крупных океанических заповедников.

Разработка стратегий адаптации

Хотя смягчение последствий имеет решающее значение, стратегии адаптации также необходимы для того, чтобы помочь морским организмам и человеческим сообществам справиться с последствиями закисления океана.

• Селекция: Разведение моллюсков и других морских организмов, которые более устойчивы к закислению океана. Например, исследователи работают над выведением более устойчивых устриц перед лицом проблем закисления океана.
• Управление качеством воды: Реализация методов управления качеством воды для уменьшения загрязнения и стока питательных веществ, которые могут усугубить закисление океана.
• Инновации в аквакультуре: Разработка инновационных методов аквакультуры, которые могут смягчить последствия закисления океана, например, использование буферных агентов для повышения pH морской воды.
• Прибрежное планирование: Реализация политики прибрежного планирования, которая учитывает последствия закисления океана и повышения уровня моря.
• Диверсификация средств к существованию: Помощь сообществам, которые зависят от рыболовства и аквакультуры, в диверсификации их средств к существованию, чтобы снизить их уязвимость к последствиям закисления океана.

Роль отдельных людей

Хотя закисление океана является глобальной проблемой, требующей международного сотрудничества, отдельные люди также могут сыграть свою роль в решении этой проблемы.

• Уменьшите свой углеродный след: Примите меры для уменьшения своего углеродного следа, экономя энергию, используя общественный транспорт, употребляя меньше мяса и поддерживая устойчивые предприятия.
• Поддерживайте экологически чистые морепродукты: Выбирайте экологически чистые морепродукты, которые добываются экологически ответственным образом.
• Просвещайте себя и других: Узнайте больше о закислении океана и поделитесь своими знаниями с другими.
• Поддерживайте организации, работающие над борьбой с закислением океана: Делайте пожертвования или работайте волонтером в организациях, которые работают над решением проблемы закисления океана и защитой морских экосистем.
• Поддерживайте изменения в политике: Свяжитесь со своими избранными должностными лицами и призовите их поддержать политику, которая снижает выбросы CO₂ и защищает наши океаны.

Заключение

Закисление океана - серьезная и растущая угроза для морских экосистем и миллиардов людей, которые от них зависят. Понимая причины, последствия и решения проблемы закисления океана, мы можем принять меры для защиты наших океанов и обеспечения устойчивого будущего для всех. Время действовать - сейчас. Мы должны работать вместе, как отдельные лица, сообщества и страны, чтобы сократить выбросы CO₂, восстановить морские экосистемы и разработать стратегии адаптации. От этого зависит здоровье наших океанов и благополучие нашей планеты.

Дополнительная литература

• Программа NOAA по закислению океана
• Закисление океана EPA
• Специальный отчет МГЭИК об океане и криосфере в условиях меняющегося климата