23 okt. 2009

Det andra koldioxidproblemet

Foraminiferer är encelliga djur med ett skal av kalciumkarbonat (CaCO3). De är i huvudsak havslevande och har funnits i Jordens hav de senaste 500 miljoner åren. I dag finns ca 4000 arter. Dessa små djur visar sig ge viktiga ledtrådar om de 10 miljarder ton kol som släpps ut i atmosfären årligen genom fossilbränslen och avskogning, då ungefär en tredjedel av utsläppen absorberas i haven:

  • Men vad som är viktigare är att skalen på foraminifererna blir tunnare. I en studie av foraminiferer i södra oceanen utanför Tasmanien har man funnit att skalen var 30% till 35% lättare än under förindustriell tid samt att analys av sedimentkärnor som sträcker sig 200 000 år bakåt i tiden visar skalen inte varit så lätta någon gång under den undersökta tiden.

Tyvärr kom det inte som en överraskning för forskarna utan var förväntat. När koldioxiden absorberas i havet bildas kolsyra och havet blir surare. Dagens hav är surare än de varit på mycket lång tid och den fortsatta försurningen går 100 gånger snabbare än någonsin tidigare i den kända historien.

Skal av kalciumkarbonat är känsliga för vattnets pH-värde, de fräts och till och med upplöses om de är i för sur omgivning. Foraminiferernas lättare skal är alltså ett tecken på att försurningen av haven har fått biologiska effekter. Försurningen är som snabbast i de kalla områdena av oceanerna. Samma områden som är de biologiskt mest produktiva och våra bästa fiskevatten.


Nu vore detta inte ett så stort problem om det endast var foraminiferer som drabbades, men tyvärr är det en mycket stor grupp djur som tillverkar sina skal i kalciumkarbonat: Blötdjur som musslor och havssnäckor ; kräftdjur som räkor, krabbor och krill ; tagghudingar som sjöborrar; koraller samt många arter av alger och plankton. Den ökande försurningen leder till snabbt ändrade levnadsvillkor vilket ökar risken för minskande populationer och utdöenden framför allt bland de skalbildande djuren. Hotet mot dessa djur som i många fall är nära basen för havens näringskedjor hotar också alla djur ovanför i näringskedjan.

Det finns också vinnare i ett surare hav efter vad man kan bedöma. Till exempel sjögräs och cyanobakterier men även sjöstjärnor. Vad som är klart är att havens biologiska system är i början av en snabb omvandling vars resultat vi inte vet.

För den som vill sätta sig in i många detaljer kring frågan finns en genomgång av vetenskapen kring detta från 2005 gjord av Royal Society.

För den som hellre ser en film:


Uppdatering 24/10: En review-artikel från 2008 finns här eller här.

Om ej annat står kommer bilderna från Wikipedia

21 kommentarer:

  1. Hej,
    Gjorde en webbsökning (efter annat….) och hamnade på din sida. Trevlig och matnyttig blogg!
    Kika gärna in på www.energibruket.se Energibruket är en mötesplats för diskussion och innovation om energieffektivisering.

    Mvh
    Energibruket

    SvaraRadera
  2. 8 eller 7,9 i pH är forfarande basiskt och det är inget problem för organismer att bygga skal, möjligen kan det vara mer energikrävande. Foraminiferernas skal löses alltså inte upp, utan de optimerar antagligen sin tillväxt på ett annat sätt när havsvattnet är mindre basiskt och bygger lättare skal.

    Ni nämner inte att ökad CO2-halt också kan betyda ökad primärproduktion och ökad calcificering (se exempelvis här eller här). I vår geologiska historia har havet alltid varit basiskt (ett kortvarigt undantag finns), trots att koldioxidhalten gått upp och ner. Exempelvis var det under krita-perioden varmt, hög koldioxidnivå och hög produktion av kalciumkarbonat av havslevande djur.

    De finns säkert mycket mer att forska kring inom detta område, men de viktigaste problemen att lösa när det gäller de marina ekosystemen har inget med försurning av haven att göra. Det handlar istället om att stoppa överfiske, skydda habitat och minska utsläpp av gifter och andra förorenande ämnen.

    SvaraRadera
  3. Bengt A
    Om vi jämför med Krita så var karbonat kompensations djupet då betydligt grundare än nu och mycket troligt så var Ph lägre över lag i Krita haven. Det är troligt att de marina förhållandena under krita kommer att upprepas i modern tid om vi inte skärper oss, och den förändringen sker extremt snabbt kanske snabbare än vad som någonsinn skett tidigare i Jorden historia. Detta är bara en ytteliggare en faktor till vårt storskaliga experiment som det är svårt att veta exakt vad som kommer att ske. Kritikerna menar att det är lungt, naturen fixar allt, alternativt kommer tekniska utvecklingen fixa allt eller hela AGW är en bluff(?).

    De arter som tas upp tillhör helt olika fyla , så att de reagerar annorlunda är kanske inte så märkligt. Sen är artikeln om ormstjärnorna svår att tolka som något positivt. Att kokkoliter kanske kan hantera ändrade Ph bättre än exempelvis forams kan kanske förkara att de dominerar avlagringar i Europa från krita när CO2 nivåerna var höga. Krita består nämligen huvudsakligen av dessa nannofossil (kokkoliter alltså). Men det finns studier som pekar menar att kokkoliter har märkt av sjunkande Ph i haven.

    Den stora skillanden som jag ser det är att förändringen sker mycket fort. Lägg då till de saker du nämner så anser iaf jag att det är klokt att försöka begränsa sänkningen av Ph.

    SvaraRadera
  4. Bengt A,
    Kunde skrivit mindre basiskt men det blir klumpigt, surare och försuring anger förändringen inte absolutvärde. Ingenstans har jag skrivit att havet är surt.

    Det framgår ganska tydligt tycker jag i inlägget att det finns både vinnare och förlorare. (Läs även gärna referenserna.) Vad som är klart är att den ekologiska balansen, med evolutionära mått, snabbt förändras i havet pga försurningen.

    Du skriver att det är "inget problem för organismer att bygga skal, möjligen kan det vara mer energikrävande". Det stämmer (än så länge) men om de behöver lägga ner mer energi på skalbyggande minskar deras reproduktion och evolutionära fitness vilket förskjuter balansen mot konkurrenter.

    "optimerar antagligen sin tillväxt på ett annat sätt när havsvattnet är mindre basiskt och bygger lättare skal" Din gissning?
    På vilket sätt skulle lättare skal vara mer optimalt senaste <100 åren jämfört med senaste minst 200 000 åren? Blir det mer optimalt för foraminifererna utan skal i ett än surare (mindre basiskt) hav?
    Mer troligt. De växer enligt samma system som de växt under lång tid men då jonbalansen ändrats påverkar det slutresultatet. Eller hur?

    Den som vill hoppas på evolutionen bör beakta:
    A) Det går mycket fort mätt i generationer för de flesta djur. Just snabba förändringar är de som historiskt lätt till massutdöenden då evolutionära anpassningar inte hinner med. (Utdöenden betyder normalt inte att alla djur i en art lägger sig ner och dör utan vanligen att arter blir utkonkurrerade av andra som klarar sig bättre.)
    B) att en smart lösning som "upptäcks" i en art inte kan sprida sig över artgränsen. Så ev. smarta lösningar måste återupptäckas av mängder av andra drabbade arter. Allt under en tidsrymd på säg 10 till 100 generationer.
    C) Evolutionen vet inte vad som väntar. Marginalkostnaden är liten för att lägga ner bara lite mer energi på att tex. producera skal med ökande försurning. (Men, som vi vet, bär denna väg endast till sämre och sämre fitness om försurningen fortgår.) De alternativ som dyker upp måste konkurrera med den lilla marginalkostnaden vid varje tidpunkt.

    SvaraRadera
  5. Att säga att ”förändringen sker extremt snabbt kanske snabbare än vad som någonsinn skett tidigare i Jorden historia” eller ”den fortsatta försurningen går 100 gånger snabbare än någonsin tidigare”är exempel på alarmistika uttalande som ej går att hitta vetenskapligt stöd för. Vi har inte koll på koldioxidnivåer på sekel- eller decennieskala miljoner av år tillbaka i tiden. Vi vet alltså inte hur snabbt koldioxidhalten har förädrats i jordens geologiska historia. Jag vet inte varför ni så ofta kommer med uttalanden av typen ”värre än någonsin tidigare”. Varför inte nöja sig bara med att säga ”koldioxidhalten förändras snabbt”?

    En organism anpassar sitt sätt att leva efter sin omgivning. När pH sjunker är det förmodligen kontraproduktivt för Foraminifererna (Jobbigt ord! Jag använder F som förkortning) att fortsätta bygga kraftiga skal p.g.a. att det kräver för mycket energi. I den nya miljön är det därför bättre att bygga något lättare skal och använda resten av energin till annat. Det var detta jag menade med begreppet optimalt. Gissningsvis vore det bättre för F med högre pH och tjockare skal som Anders säger.

    F som organismgrupp har funnits i över 500 miljoner år. Vi har idag i våra hav tusentals F-arter som klarat sig igenom episoder med både högre och lägre koldioxidhalt än idag. Det finns därför anledning att ur evolutionärt perspektiv ifrågasätta er argumentation kring risk för utdöenden bland skalbildande djur. Det finns inte heller någon anledning att tro att primärproduktionen i haven minskar. Snarare kommer den att öka tack vare högre koldioxidhalt, möjligen med förändringar i ekosystemen där vissa producenter missgynnas och andra gynnas.

    Det är många olika typer av organsimer som räknas upp som hotade i Anders inlägg Blötdjur som musslor och havssnäckor ; kräftdjur som räkor, krabbor och krill ; tagghudingar som sjöborrar; koraller samt många arter av alger och plankton., men har ni något enda exempel på organsim som är så känslig att den inte överlever om pH ändras från 8,2 till 7,9?

    SvaraRadera
  6. Bengt A
    Att jag skrev extremt snabbt baseras på grafen i inlägget. Har du annan information får du gärna hänvisa till det så jag kan ta del av din källa.

    Sen denna blinda tilltro att högre CO2 är att likställa med högra primärproduktion är inte alls nödvändigt, det förutsätter att övriga begränsande faktorer håll optimala.

    Kännsligheten har nog mycket att göra med hur stressat ekosystemet är av all övrig antropogen verksamhet. Ju mer överfiskning förorening och annan "negativ" påverkan vi har på marina ekosystem, dessto svårare har de att klara av ytterliggare påverkan.

    SvaraRadera
  7. Det är möjligt att förändringen av pH nu går snabbare än någonsin tidigare, men det är också möjligt att det finns historiska snabba förändringar som vi inte fångat upp med våra mätningar. Sedan är jordens historia längre än 25 miljoner år. Detta är min invändningar och jag har alltså ingen bättre data.

    Själva formuleringen snabbare förändring än någonsin används en hel del i klimatdebatten och jag tror att den används för att väcka uppmärksamhet och skapa vilja att vidta åtgärder. Baksidan av detta är att UI och andra beskylls för "alarmism" och själv tror jag inte att detta uttryckssätt främjar det budskap ni vill föra fram.

    Den miskning av pH som varit hittills ligger på 0,1 och att pH skulle sjunka med ytterligare 0,3 är tveksamt. Dels har havet en buffrande förmåga, dels fångas koldioxiden som släpps ut av växtlighet och tas ur kolcykeln just i form av calciumcarbonat och hamnar på havsbotten. Det påstås att dessa processer är för långsamma för att ha någon betydelse, men något måste det vara som fungerar som kolsänka.

    Att primärproduktion rent generellt drar nytta av höjd koldioxidhalt är ganska okontroversiellt. Som alltid finns det olika begränsande faktorer för tillväxten så för en del växter/alger har det stor betydelse, för andra mindre. Här är ett labexperiment som visar detta.

    SvaraRadera
  8. Bengt A,
    Men det är den snabbaste förändringen både av koldioxid och pH som vi känner till. Ska man inte säga det då?

    Här är ett område där flera arter Pteropods faktiskt ligger risigt till pga undersaturering av argonit som är deras skalbyggnadsämne inom ca 30 år. (Undersaturering innebär att det inte går att bygga skal och de som finns upplöses om de inte är skyddade från vattnet.)

    Här är förövrigt lite mer vetenskaplig information om kolutsläpp och sänkor än den blogg du hittade.
    Även vi har skrivit om kolsänkor.

    SvaraRadera
  9. Bengt A,
    Calle och Anders har svarat på det mesta men såg att du tror att en sänkning av pH på 0,3 steg är tveksamt, baserar du det på inget? Du misstror alltså de vetenskapligt publicerade källorna vi hänvisar till baserat på en magkänsla?

    SvaraRadera
  10. Mycket av resonemang kring satueringsnivåer och upplösning av skal verkar utgå från rent fysikalisk kemi utan hänsyn till de biologiska anpassningar som finns för att komma runt dessa problem.

    Se exempelvis denna studie från Tanzania. Sjögräs åstadkommer här igenom sin fotosyntes ett höjt pH-värde som gynnar kalcificerande plankton i området. Även om detta råkar röra några enstaka planktonarter i havet untanför Zanzibar, så kan man dra paralleller till de tropiska korallrev som ofta beskrivs som hotade av havets försurning. Koraller lever i symbios med små fotosyntetiserande organismer (se översiktlig förklaring här). Hur denna symbios fungerar på cellnivå är dåligt känt men en studie här visar att man får en höjning av pH på motsvarande sätt som för sjögräs/planktonen utanför Tanzania.

    Angående historiska pH-värden så ser man i denna studie fluktuationer på 0,3 under relativt kort tid (figur 2). Man konstaterar också att det aktuella korallrevet verkar har klarat dessa svängningar bra Therefore, the Porites coral at Flinders Reef seems well adapted to relatively large fluctuations in seawater pH and arag.. Det kan naturligtvis vara så att andra typer av koraller och skalbildande djur är känsligare. Utifrån min grunda kunskap i ämnet verkar de ändå som att de biologisk processerna i from av symbios är underskattade när det gäller att förstå hur skalbildande djur klarar lägre pH-värden.

    SvaraRadera
  11. Som du ser i våra länkar i posten så går dom igenom och säger precis det att olika system kommer att reagera olika... Precis som vi också skriver i posten.

    Till de historiska pH förändringarna... Menar du att det papper du hänvisar till hävdar att pH förändringarna i det öppna havet varit i storleksordningen 0,3? Eller vad är ditt argument?

    Tycker du att det pappret står i motsatts till de som vi länkat?

    SvaraRadera
  12. Bengt A,
    Inte mycket symbios hos Peteropoderna. (Eller för den delen sjögräs ute i Södra oceanen) Du ville att vi skule visa på en art som var hotad av skalskador och jag visade flera. OK?

    Läste du kommentaren till den sista artikeln du refererade till? (Den om korallrevet och PH-fluktuationer.)
    "We show that this claim cannot be reconciled with other marine carbon chemistry constraints and highlight problems with the authors' interpretation of the paleontologic data."

    SvaraRadera
  13. Magnus W

    Nej detta säger inget om öppna havet, men om studiens resultat är riktigt tyder det på att koraller klarar av dessa svängningar i pH, utan att ta skada. Det finns många andra skalbildande djur utöver koraller som lever symbiotiskt och detta tillsammans med egna biologiska processer kan göra att de klarar lägre pH. Det är inte så att dessa organismer bara passivt ligger och låter sig frätas sönder.

    Anders M

    Du har säkert rätt i att Pteropds är hotade. Tack för svar i denna fråga!

    Nu har jag läst kommentaren till Palejero och tydligen menar de att Bor inte går att använda som pH-proxy. Åtmistone inte här. Och att Palejeros pH-historik är fel och orimlig. Det finns motsvarande resultat från kinesiska sjön (Abstract här och graf här). Men jag antar att de är behäftade med samma fel?

    SvaraRadera
  14. Tillägg,
    Läst på vidare om Flinders Reef. Det var intressant och jag var för snabb nyss. Det handlar om lokala variationer av pH mellan 7.95 och 8.20 och ett ekosystem anpassat för detta. Utöver dessa variationer finns en trend av minskand pH i havsvattnet som kommer att förskjuta variationerna neråt i pH.
    Slutsatsen i artikeln(pdf) beskriver situationen så här:
    "For example, the next rise in the 50-year cycle of reef-water pH should counteract the lowering of pH values at Flinders Reef until 2035 A.D. Conversely, the subsequent fall in the reef-water pH cycle will lead to an abrupt shift toward low pH reef water. The extent to which corals and other calcifying reef organisms can adapt to such rapid decreases in pH is largely unknown."

    Som påpekats av andra. Det har startats ett stort biologiskt experiment i Jordens oceaner vars resultat är osäkert. Synd att det inte gjorts i mindre skala först...

    SvaraRadera
  15. Bengt A,
    Får en intryck av att det börjar bli "You say tomato..." i samtalet. Vi tycks vara överens om alla grundläggande fakta fast med lite olika infallsvinklar. Vad tycker du?

    SvaraRadera
  16. Bengt A
    Koraller är den CaCO3 grupp som i stort sett alla studierna pekar på är känsligast för lägre pH i framtiden, men egentligen ska man inte stirra sig blind på pH utan det är mättnadsgraden av CaCO3 i havsvattnet, Ω, som är det viktiga. Studien du visar (Pelejero et al., 2005) har svagheten att den inte kan visa att pH och Ω samvarierat under de 300 åren som studien baseras på. Det är inte självklart att de gjort det. I liknande områden, dvs. laguner, styrs karbonatkemin snarast av biogen utfällning av aragonit och kalcit samt av fotosyntesen än av mängden CO2(aq) som tillförs systemet. I framtiden sjunker Ω och pH samtidigt med ökad CO2 nivåer.

    Sen angående tunnare skal. Det är ju troligt ingen slump att skalen har den tjocklek de har. Om det är en evolutionär fördel att ha tunnare skal är nog att hoppas på för mycket. Troligare är det en nackdel med tanke på parasiter och predatorer och detta kan ha stor betydelse för mängden biogent utfälld kalk.

    Sen när du skriver ” Den minskning av pH som varit hittills ligger på 0,1 och att pH skulle sjunka med ytterligare 0,3 är tveksamt.” undrar jag vilka belägg du har för detta. Vad jag tagit del av kan pH sjunka till ca. 7.5 om 300 år. Havets ”buffrande” förmågan när det gäller Ω vidrörde jag vid när jag nämnde karbonat kompensationsdjupet, men den är verksam på 1000 års skala och inget att räkna med de närmaste seklerna, men till en början innebär det att mängden CaCO3 som faller ner på havsbottnen kommer markant att sjunka i framtiden, och detta regn av CaCO3 på havbottnen är troligen en stor bidragande orsak till den ”missing sink”.

    SvaraRadera
  17. http://www.timesonline.co.uk/tol/news/science/article6905082.ece

    SvaraRadera
  18. Patrik,
    Intressant artikel. Men hamnade den inte i fel tråd? Vad har uppmaning till försiktighet i tolkningen av modeller över uppvärmningens biologiska effekter på land att göra med havens försurning?

    SvaraRadera
  19. Anders M>> Att båda har med eventuella biologiska konsekvenser av utsläpp av CO2 att göra?

    För övrigt hittade jag ingen "perfekt" tråd att lägga in länken i, men om du hittar en bättre så är det väl bara att flytta mitt inlägg?
    Inte för att jag tror att det är detta som får dig att svara på detta sätt, men men...

    Vad har du att säga om artikeln?
    Den borde väl kännas ganska trösterik i dessa tider - eller?

    SvaraRadera
  20. Patrik,
    Tyvärr kan vi inte flytta inlägg. Det hade varit mycket bra om vi kunnat det.
    (Här hade den passat bra.)
    Jag svarade som jag svarade för att påpeka att det är två skilda problem och att artikeln på intet vis berör effekterna av havens försurning. Detta för att stävja ev. missförstånd.

    Annars tycker jag den vetenskapliga artikeln, som jag läst efter att du tipsade om den, var om inte trösterik så uppmuntrande även om bilden som vanligt är mer komplicerad än vad som framgick i tidningstexten. Tack för tipset.

    SvaraRadera

Tips: Använd gärna signatur när du kommenterar. Det underlättar samtalet