Zakwaszenie oceanów w Wielkiej Rafie Koralowej
Zakwaszenie oceanów zagraża Wielkiej Rafie Koralowej , zmniejszając żywotność i siłę raf koralowych . Wielka Rafa Koralowa, uważana za jeden z siedmiu naturalnych cudów świata i punkt zapalny bioróżnorodności , znajduje się w Australii. Podobnie jak inne rafy koralowe, ulega degradacji w wyniku zakwaszenia oceanów. Zakwaszenie oceanów wynika ze wzrostu atmosferycznego dwutlenku węgla , który jest pochłaniany przez ocean. Proces ten może podnieść temperaturę powierzchni morza , zmniejszyć aragonit i obniżają pH oceanu. Im więcej ludzkość zużywa paliw kopalnych, tym więcej ocean pochłania uwolnionego CO₂, co sprzyja zakwaszaniu oceanów.
Organizmy wapniejące są zagrożone ze względu na wynikający z tego brak aragonitu w wodzie i obniżające się pH. Dzieje się tak, gdy woda oceaniczna łączy się z dwutlenkiem węgla, tworząc kwas węglowy i jony wodoru, skutecznie zakwaszając wodę. Proces ten blokuje wielu wapniejącym organizmom wykorzystanie jonów węglanowych w kwasie węglowym do wytworzenia węglanu wapnia (aragonitu). Węglan wapnia jest tym, czego wapniejące organizmy używają do budowy muszli i szkieletów. Jony węglanowe wiążą się z nadmiarem jonów wodorowych w zakwaszonych wodach, przez co wapniejące organizmy powoli tracą zdolność do tworzenia muszli. Organizmy ciężej pracują nad odbudową swoich skorup, co prowadzi do utraty czasu na rozmnażanie. Ponadto, jeśli w wodzie znajduje się zbyt dużo jonów wodoru (wskazanie kwasowości), jony zaczną rozbijać cząsteczki węglanu wapnia, które tworzą muszle, zasadniczo rozpuszczając ich muszle.
Ten obniżony stan zdrowia raf koralowych, zwłaszcza Wielkiej Rafy Koralowej, może skutkować zmniejszeniem bioróżnorodności . Organizmy mogą być zestresowane z powodu zakwaszenia oceanów, a zanikanie zdrowych raf koralowych, takich jak Wielka Rafa Koralowa, oznacza utratę siedlisk dla kilku taksonów .
Tło
rewolucji przemysłowej stężenie dwutlenku węgla w atmosferze wzrosło z 280 do 409 ppm . Ten wzrost dwutlenku węgla doprowadził do spadku pH o 0,1 i może spaść o 0,5 do 2100 roku. Kiedy dwutlenek węgla spotyka się z wodą morską, tworzy kwas węglowy , cząsteczki dysocjują na wodór, wodorowęglan i węglan i obniżają pH wody ocean. Temperatura powierzchni morza, kwasowość oceanu i rozpuszczony węgiel nieorganiczny są również dodatnio skorelowane z atmosferycznym dwutlenkiem węgla. Zakwaszenie oceanów może powodować hiperkapnię i zwiększają stres organizmów morskich, prowadząc w ten sposób do zmniejszenia różnorodności biologicznej. Na same rafy koralowe może również negatywnie wpływać zakwaszenie oceanów, ponieważ zmniejsza się tempo zwapnienia i wzrasta kwasowość.
Aragonit jest pod wpływem procesu zakwaszania oceanów, ponieważ jest formą węglanu wapnia. Jest niezbędny dla żywotności i zdrowia koralowców, ponieważ znajduje się w szkieletach koralowców i jest łatwiej rozpuszczalny niż kalcyt. Zwiększenie poziomu dwutlenku węgla może zmniejszyć tempo wzrostu koralowców z 9 do 56% z powodu braku dostępnych jonów węglanowych potrzebnych do procesu wapnienia. Inne organizmy wapniejące, takie jak małże i ślimaki, również doświadczają negatywnych skutków zakwaszenia oceanów. Nadmiar jonów wodoru w kwaśnej wodzie rozpuszcza ich skorupy, ograniczając ich schronienie i tempo rozmnażania.
Jako gorący punkt różnorodności biologicznej, wiele taksonów Wielkiej Rafy Koralowej jest zagrożonych zakwaszeniem oceanów. Rzadkie i endemiczne gatunki są bardziej zagrożone z powodu zakwaszenia oceanów, ponieważ w większym stopniu polegają na Wielkiej Rafie Koralowej. Dodatkowo zagrożeniem dla różnorodności biologicznej jest ryzyko zapadnięcia się raf koralowych w wyniku zakwaszenia. Stres związany z zakwaszeniem oceanów może również negatywnie wpływać na inne procesy biologiczne, takie jak ograniczenie fotosyntezy lub reprodukcji oraz podatność organizmów na choroby.
Zdrowie koralowców
Zwapnienie i aragonit
Koral jest organizmem wapniejącym, co naraża go na wysokie ryzyko rozkładu i powolnego wzrostu wraz ze wzrostem zakwaszenia oceanów. Aragonit pomaga koralowcom w budowaniu ich szkieletów, ponieważ jest inną formą węglanu wapnia (CaCO 3 ), który jest lepiej rozpuszczalny . Gdy pH wody spada, spada również aragonit, co prowadzi do utraty pobierania węglanu wapnia przez koralowce. Poziomy aragonitu spadły o 16% od czasu uprzemysłowienia i mogą być niższe w niektórych częściach Wielkiej Rafy Koralowej ze względu na prąd, który pozwala północnym koralowcom pobierać więcej aragonitu niż południowym. Przewiduje się, że aragonit zmniejszy się o 0,1 do 2100 r., Co może znacznie utrudnić wzrost koralowców. Od 1990 r. tempo zwapnienia Porites , pospolity koralowiec budujący duże rafy w Wielkiej Rafie Koralowej, zmniejsza się o 14,2% rocznie. Poziomy aragonitu na całej Wielkiej Rafie Koralowej nie są równe; ze względu na prądy i cyrkulację niektóre części Wielkiej Rafy Koralowej mogą zawierać o połowę mniej aragonitu niż inne. Na poziom aragonitu ma również wpływ zwapnienie i produkcja, które mogą się różnić w zależności od rafy. Jeśli stężenie dwutlenku węgla w atmosferze osiągnie 560 ppm, większość wód powierzchniowych oceanów będzie niekorzystnie niedosycona w stosunku do aragonitu, a pH spadnie o około 0,24 jednostki – z prawie 8,2 obecnie do nieco ponad 7,9. W tym momencie (gdzieś w trzeciej ćwierci tego wieku przy obecnym tempie wzrostu dwutlenku węgla) tylko kilka części Pacyfiku będzie miało poziomy nasycenia aragonitem odpowiednie dla wzrostu koralowców. Dodatkowo, jeśli atmosferyczny dwutlenek węgla osiągnie 800 ppm, spadek pH wód powierzchniowych oceanów wyniesie 0,4 jednostki, a całkowite stężenie rozpuszczonych jonów węglanowych zmniejszy się o co najmniej 60%. Ostatnie szacunki mówią, że przy normalnych poziomach emisji dwutlenek węgla w atmosferze może osiągnąć 800 ppm do roku 2100. W tym momencie jest prawie pewne, że wszystkie rafy na świecie będą w stanie erozji. Podwyższanie pH i powielanie preindustrializacji chemiczne oceanów w Wielkiej Rafie Koralowej doprowadziły jednak do wzrostu tempa wzrostu koralowców o 7%.
Temperatura
Zakwaszenie oceanów może również prowadzić do wzrostu temperatury powierzchni morza. Wzrost o około 1 lub 2 °C może spowodować załamanie relacji między koralowcami a zooksantellami , co może prowadzić do blaknięcia . Przewiduje się, że do 2100 r. średnia temperatura powierzchni morza w Wielkiej Rafie Koralowej wzrośnie od 1 do 3°C. Wybielanie występuje, gdy zooksantelle i algi wapienne opuszczają szkielet koralowca z powodu naprężeń w wodzie. To powoduje, że koralowiec traci swój kolor, ponieważ poprzednie organizmy utrzymujące się na szkielecie koralowca opuszczają go, pozostawiając biały szkielet. Wyblakły koralowiec nie może już ukończyć fotosyntezy, więc powoli umiera. Kwasowość wody będzie powoli rozpuszczać pozostałości szkieletów koralowców, zasadniczo uszkadzając strukturalną integralność rafy koralowej. Istnieje wiele organizmów, które również polegają na algach i zooksantellach jako głównym źródle pożywienia. Dlatego organizmy w wyblakłej rafie koralowej są zmuszone do jej opuszczenia w poszukiwaniu nowych źródeł pożywienia. Ponieważ zooksantelle i glony rosną bardzo wolno, przywrócenie rafy koralowej do jej pierwotnej formy zajmie bardzo dużo czasu. To załamanie relacji między koralowcem a zooxantellae ma miejsce, gdy Fotosystem II jest uszkodzony, albo z powodu reakcji z białkiem D1 , albo z powodu braku wiązania dwutlenku węgla; powodują one brak fotosyntezy i mogą prowadzić do blaknięcia.
Reprodukcja
Zakwaszenie oceanów zagraża rozmnażaniu się koralowców w prawie wszystkich aspektach tego procesu. Blaknięcie koralowców może pośrednio wpływać na gametogenezę . Ponadto stres, jaki zakwaszenie wywiera na koralowce, może potencjalnie zaszkodzić żywotności uwolnionych plemników. Proces ten może również wpływać na larwy; metabolizm i wskazówki dotyczące osadnictwa mogą ulec zmianie, zmieniając wielkość populacji lub żywotność reprodukcji. Inne gatunki wapniejących larw wykazały zmniejszone tempo wzrostu w scenariuszach zakwaszenia oceanów. Biofilm , bioindykator w warunkach oceanicznych uległa zmniejszeniu tempa wzrostu i zmianie składu w wyniku zakwaszenia, co prawdopodobnie wpłynęło na osadnictwo larw na samym biofilmie.
Raporty zdrowotne Wielkiej Rafy Koralowej
Na przestrzeni lat miało miejsce kilka masowych przypadków blaknięcia, które dotknęły Wielką Rafę Koralową. W szczególności w latach 2016 i 2017 rafa utrzymywała dwuletnie okresy blaknięcia. Ten długi okres odpowiadał szacunkowej utracie połowy życia koralowców w Wielkiej Rafie Koralowej. Części rafy, które przetrwały, zostały uszkodzone, co doprowadziło do ogólnego okresu niskiej reprodukcji koralowców. Później nastąpiło kolejne wybielanie w 2020 roku, co czyni go trzecim wydarzeniem wybielania w ciągu pięciu lat. Badania wykazały jednak, że skutki blaknięcia w 2020 r. nie były zbyt dotkliwe, ponieważ wpłynęło to tylko na minimalną liczbę raf, przy czym większość z nich znajdowała się na niższym lub umiarkowanym poziomie blaknięcia.
Na początku 2022 r. badanie wykazało, że 91% z wielu raf tworzących Wielką Rafę Koralową doświadczało blaknięcia koralowców. Rafom, które miały wyższy poziom bielenia, często towarzyszyła wyższa ogólna temperatura powietrza. Te poziomy temperatur utrzymywały się przez cały sezon letni w Australii, co przypisuje się przedłużonym okresom blaknięcia koralowców. Długie okresy budzą niepokój, ponieważ koralowce nie byłyby w stanie rozmnażać się i wymierać, co prowadziłoby do większej utraty raf. Jednak ostatnie doniesienia z czerwca 2022 roku wskazują, że Wielka Rafa Koralowa obecnie się odbudowuje. Rafy dotknięte bieleniem zmniejszyły się do 16% wzdłuż różnych obszarów wybrzeża Australii. Ponieważ temperatura oceanów nadal spada, możemy spodziewać się, że poziom blaknięcia spadnie, a poziom koralowców wzrośnie. Chociaż blaknięcie koralowców zmniejszyło się, drapieżniki rafy koralowej, Rozgwiazdy z korony cierniowej nadal wpływają na wzrost i rozwój koralowców.
Różnorodność biologiczna
Wielka Rafa Koralowa jest gorącym punktem różnorodności biologicznej, obejmującym ponad 5480 różnych gatunków, w tym między innymi gatunki koralowców, ryb, gąbek, węży morskich, żółwi morskich, mięczaków, szkarłupni i alg morskich. Jednak Wielkiej Rafie Koralowej zagraża zakwaszenie oceanów i wynikająca z tego podwyższona temperatura oraz obniżony poziom aragonitu. Elasmobranchs w Wielkiej Rafie Koralowej są podatne na zakwaszenie oceanów, głównie ze względu na ich zależność od siedlisk i niszczenie raf koralowych przez zakwaszenie oceanów. Gatunki rzadkie i endemiczne, takie jak promień jeżozwierza , są również w grupie wysokiego ryzyka. Zakwaszenie oceanów może zaszkodzić zdrowiu larw i zasiedleniu zarówno organizmów wapniejących, jak i niewapniących. Drapieżnik raf koralowych Wielkiej Rafy Koralowej, rozgwiazda Korony Cierniowej , doświadczył podobnej śmiertelności jak koralowiec, którym się żywi. Jakikolwiek wzrost składników odżywczych, prawdopodobnie z odpływu rzecznego, może pozytywnie wpłynąć na Koronę Cierniową i doprowadzić do dalszego niszczenia koralowców. Rosnąca temperatura wpływa również na zachowanie i kondycję pstrąga koralowego, ryby bardzo ważnej dla utrzymania zdrowia raf koralowych.
Algi koralowe utrzymują razem niektóre rafy koralowe i są obecne w wielu ekosystemach. Jednak w miarę nasilania się zakwaszania oceanów nie będzie ono dobrze reagować i może uszkodzić żywotność i strukturalną integralność raf koralowych. Zakwaszenie oceanów może również pośrednio wpłynąć na każdy organizm; zwiększony stres może zmniejszyć fotosyntezę i reprodukcję lub sprawić, że organizmy będą bardziej podatne na choroby. Ponadto w miarę rozpadu raf koralowych ich symbiotyczne relacje i mieszkańcy będą musieli się przystosować lub znaleźć nowe siedliska, na których będą mogli polegać.
Stwierdzono, że organizmy są bardziej wrażliwe na skutki zakwaszenia oceanów we wczesnych stadiach larwalnych lub planktonowych. Ponieważ zakwaszenie oceanów nie istnieje bez czynników zewnętrznych, liczne problemy, przed którymi stoi Wielka Rafa Koralowa, łączą się, co dodatkowo stresuje organizmy. Zakwaszenie oceanów może nie tylko wpływać na siedliska i rozwój, ale może również wpływać na to, jak organizmy postrzegają drapieżniki i współplemieńców . Badania nad skutkami zakwaszenia oceanów nie były prowadzone w wystarczająco długich skalach czasowych, aby sprawdzić, czy organizmy są w stanie przystosować się do tych warunków. Przewiduje się jednak, że zakwaszenie oceanów nastąpi w tempie, którego ewolucja nie jest w stanie dorównać.
Znaczenie raf koralowych
Będąc głównymi punktami różnorodności biologicznej, rafy koralowe są bardzo ważne dla ekosystemu i źródeł utrzymania życia morskiego i ludzkiego. Kraje na całym świecie są uzależnione od raf jako źródła pożywienia i dochodów, zwłaszcza dla cywilizacji zamieszkujących małe wyspy. Przy ponad 60% spadku dostępnych połowów wokół raf koralowych wiele krajów będzie zmuszonych się dostosować. Rafy koralowe są również ważne dla gospodarki krajów, ponieważ rafy zapewniają różne formy aktywności turystycznej, które mogą generować duże dochody dla gospodarki. Mogą one również przyczynić się do indywidualnego poziomu dobrego samopoczucia, ponieważ właściciele tych firm czerpią korzyści ze zwiększonej liczby odwiedzin i użytkowania. Rafy koralowe zapewniają również pewną formę infrastruktury przybrzeżnej, która działa jako bariera między nami przed poważnymi katastrofami oceanicznymi, takimi jak tsunami i sztormy przybrzeżne.