Świat mórz i oceanów

Nowe badania wskazują, że jeśli nie zostaną spowolnione, zmiany klimatyczne w ciągu następnych kilku stuleci mogą doprowadzić do strat morskich, jakich Ziemia nie widziała w ciągu 252 milionów lat.

Pod koniec okresu permskiego, około 252 miliony lat temu, nad planetą dominował jeden superkontynent. Otaczający go ocean przemierzały kościste ryby pokryte pancernymi płytami i skorpiony morskie wielkości współczesnego człowieka. Segmentowe stawonogi, takie jak trylobity, rządziły głębinami, podobnie jak wszelkiego rodzaju ramienionogi, które wyglądały jak małże, ale nimi nie były, oraz amonoidy, które przypominały skorupiaki, ale bardziej przypominały kalmary i ośmiornice.

Dziś te stworzenia są znane z zapisu kopalnego: pod koniec permu 90 procent całego życia morskiego zostało zniszczonych w wyniku największego wyginięcia w historii Ziemi. Naukowcy podejrzewają dzisiaj, że było to spowodowane masowym uwalnianiem dwutlenku węgla, prawdopodobnie z aktywności wulkanicznej w regionie zwanym pułapkami syberyjskimi. Zespół naukowców wykazał w r. 2018, że najczęstszą przyczyną śmierci był prawdopodobnie stres fizjologiczny spowodowany ociepleniem mórz i utrata tlenu, produkt uboczny zmiany klimatu spowodowanej przez gazy cieplarniane.

W artykule opublikowanym w czasopiśmie Science, dwóch naukowców, którzy dokonali tego odkrycia z roku 2018, argumentuje, że jeśli nasze własne emisje gazów cieplarnianych będą nadal niekontrolowane, ocieplenie wód i utrata tlenu na morzu mogą same doprowadzić do masowego wymierania, rywalizując z pięcioma najgorszymi na świecie katastrofami. Sugerują, że może to być na tyle znaczące, aby wymazać znaczną część dywersyfikacji gatunków, która nastąpiła od wyginięcia pod koniec kredy, które zabiło dinozaury 65 milionów lat temu.

Ale, jak twierdzą naukowcy, możemy zmienić tę trajektorię. Szybkie ograniczenie emisji może zmniejszyć ryzyko wyginięcia o 70 procent. Połączenie redukcji gazów cieplarnianych ze wspólnymi wysiłkami na rzecz powstrzymania zanieczyszczenia oceanów, przełowienia, niszczenia siedlisk i innych stresów morskich dałoby życiu oceanicznemu jeszcze większą szansę na długoterminowe przetrwanie.

„Jeśli szybko odwrócimy nasze emisje, nadal możemy stracić około 5 procent gatunków morskich”, mówi współautor Curtis Deutsch, klimatolog z Princeton University. „Przy 2 stopniach [Celsjusza] ocieplenia można było zaobserwować 10-procentową stratę. Nastąpi zmiana w ogólnej społeczności gatunków żyjących w większości miejsc. Ale są to stosunkowo niewielkie liczby. Uniknęlibyśmy masowego wymierania”.

Denise Breitburg, ekspertka ds. tlenu oceanicznego w Smithsonian Environmental Research Center, która nie brała udziału w badaniach, nazywa wyniki „surowymi, ale ważnymi”. Dodała, że praca daje „podstawę nadziei”, że „możemy zachować dużą część życia oceanu”.

„Ten artykuł skrystalizował przed nami wybory”, mówi Malin Pinsky, naukowiec zajmujący się oceanami z Rutgers University w New Jersey, który jest współautorem opinii, która pojawiła się wraz z badaniem. „Wydaje się, że to jedyny w swoim rodzaju moment, aby zachować przyszłość życia na planecie”.

Woda o niskiej zawartości tlenu

Kluczem do nowych badań Deutscha i głównego autora Justina Penna, współpracownika naukowego w Princeton, jest nie tylko ustalenie, w jaki sposób ocieplające się temperatury wpływają na tlen w morzach, ale także w jaki sposób organizmy morskie wykorzystują ten tlen.

W ciągu ostatnich 15 lat nowe badania wykazały, że naturalne strefy o niskiej zawartości tlenu w oceanie rozszerzają się szybko, ale nierównomiernie, spychając większość życia morskiego do coraz węższego pasma wody bogatej w tlen w pobliżu powierzchni.

Te odtlenione regiony, od Zatoki Bengalskiej przez Atlantyk u wybrzeży Afryki Zachodniej po duże regiony wschodniego Pacyfiku, od lat 60. XX wieku rozrosły się o prawie 1,7 miliona mil kwadratowych i pchają się w górę nawet o trzy stopy rocznie. W południowej Kalifornii, 650 stóp pod powierzchnią, zawartość tlenu spadła w niektórych miejscach o prawie jedną trzecią w ciągu ostatniego ćwierćwiecza. Obszary morza całkowicie pozbawione tlenu zwiększyły się czterokrotnie od połowy ubiegłego wieku.

W przeciwieństwie do przybrzeżnych martwych stref, takich jak ta, która regularnie pojawia się w Zatoce Meksykańskiej, te strefy o niskiej zawartości tlenu nie są wynikiem spływania z lądu substancji odżywczych. Napędzają je rosnące temperatury. Gdy wody powierzchniowe się nagrzewają, pochłaniają mniej rozpuszczonego tlenu z powietrza nad nimi. Ponieważ ciepła woda jest lżejsza niż zimna poniżej, zmniejsza to mieszanie się oceanów, co oznacza, że w głębinach gromadzi się mniej tlenu.

Ten rozwój już teraz zakłóca życie morskie, zmniejszając siedliska niektórych gatunków i koncentrując ofiary dla innych. Rybaki, takie jak marlin i żaglica, skracają swoje nurkowania w poszukiwaniu pożywienia. Wraz z rekinami, tuńczykami, dorszami pacyficznymi, śledziami i makrelą spędzają więcej czasu w skupiskach blisko powierzchni, co ułatwia ich łowienie flotom rybackim lub ptakom i żółwiom morskim.

Są inne zmiany, niektóre dziwne. Niektóre kraby i kałamarnice mają problemy z widzeniem w warunkach niskiego poziomu tlenu. Wiele malutkich zooplanktonów, pokarmu dla większych stworzeń morskich, żyje już na granicy progu tlenowego i prawdopodobnie nie przeżyje kolejnych spadków bez przenoszenia się w nowe miejsca. Niski poziom tlenu ogranicza reprodukcję niektórych ryb i nasila choroby u innych.

Najważniejsza zmiana dotyczy oddychania. Im cieplej, tym więcej tlenu potrzebują organizmy, aby zaspokoić swoje zapotrzebowanie na energię. Ale dzieje się tak, gdy zmniejsza się zaopatrzenie w tlen w oceanie.

„To naprawdę niepokojące”, mówi Matthew Long, naukowiec zajmujący się oceanami z National Center for Atmospheric Research. „W miarę postępu globalnego ocieplenia zmieniamy podstawowy stan metaboliczny największego ekosystemu na Ziemi”.

Scenariusz mało prawdopodobny, ale pouczający

Penn i Deutsch zebrali dane metaboliczne dla dziesiątek gatunków zwierząt oceanicznych, od skorupiaków po rekiny, ze wszystkich oceanów, szerokości geograficznych i głębokości, aby zobaczyć, ile tlenu każdy z nich potrzebuje do przeżycia. Zebrali dane o tym, jak temperatury już się zmieniają, a następnie wykorzystali symulacje komputerowe, aby dowiedzieć się, w jaki sposób krytyczna tolerancja tlenu i minimalne siedlisko wymagane przez każdy gatunek prawdopodobnie zmienią się wraz ze wzrostem temperatury.

„Istnieje wiele dobrych powodów, by sądzić, że reprezentujemy globalny wygląd i obejmujemy szerokie spektrum, mimo że patrzymy tylko na stosunkowo niewielką liczbę gatunków”, mówi Deutsch.

Niektóre gatunki, takie jak tuńczyk, wyraźnie poruszałyby się, ponieważ ich siedlisko było ograniczone, podczas gdy mniej mobilne gatunki, takie jak koralowce, nie miałyby takiej możliwości. Zapis kopalny pomógł również duetowi rozpoznać, jak duża utrata siedlisk jest konieczna, aby wytępić gatunek lub lokalną populację. Skalibrowali modele i ich projekcje na zmiany w oceanie, które zrekonstruowali w 2018 r. na wypadek wymierania pod koniec permu.

Naukowcy odkryli, że w scenariuszu z najwyższą emisją — takim, w którym nasze emisje nadal gwałtownie rosną, co według wielu naukowców wydaje się teraz mało prawdopodobne — ocieplenie oceanu i utrata tlenu zlikwidowałyby do końca stulecia więcej gatunków niż wszystkie inne stresory oceaniczne, takie jak jako przełowienie i zanieczyszczenie łącznie. Ale straty nie zostaną równomiernie rozłożone.

Morza tropikalne straciłyby większość gatunków, ale wiele z nich przeżyłoby, przenosząc się do zimniejszych regionów. Stworzenia znalezione w dużej mierze w morzach o wyższych szerokościach geograficznych, takie jak wysoce produktywny Północny Pacyfik, gdzie duża część Ameryki Północnej czerpie ryby, byłyby znacznie bardziej narażone.

„Gatunki tropikalne mają większe szanse na przetrwanie, ponieważ ciepłe, niedotlenione warunki rozprzestrzeniają się na całym świecie, a gatunki te są już przystosowane do tego typu środowisk” – mówi Penn. „Gatunki o zimnym, wysokim poziomie O2 nie mają dokąd pójść, aby szukać schronienia”. Ten sam wzór – większe ryzyko wyginięcia gatunków polarnych – został również wykryty w zapisie kopalnym wymierania pod koniec permu.

Pod koniec tego stulecia, konkluduje on i Deutsch, niesłabnące gazy cieplarniane skierowałyby planetę na kurs masowego wyginięcia na poziomie końca permu do roku 2300. Chociaż ta przyszłość jest mało prawdopodobna – oczekuje się wzrostu energii słonecznej i wiatrowej zacząć zmniejszać zapotrzebowanie na paliwa kopalne, choć zdecydowanie zbyt wolno wyciągnięte wnioski są istotne. Nawet jeśli przyszłość jest mniej straszna, nadal działają te same mechanizmy, które zabiły życie morskie 252 miliony lat temu. (Pozostałe cztery wcześniejsze masowe wymieranie były spowodowane innymi rodzajami zmian, od globalnego ochłodzenia po uderzenia asteroid).

Nowe badanie to „imponujące dzieło”, mówi Karen Wishner, biologiczna oceanograf z University of Rhode Island. Naukowcy „naprawdę mają duży obraz”, ale dodaje, że życie w oceanie jest złożone i wciąż jest wiele do nauczenia się o tym, jak zwierzęta mogą reagować na zmieniające się warunki. „Poszczególne gatunki mają własne sposoby adaptacji”, mówi Wishner.

Ważnym wnioskiem, mówi Deutsch, jest to, że te straty gatunków są przewidywalne. „Zmiana jest dość liniowa”, mówi. Na każde pół stopnia Celsjusza wzrostu temperatury wymieranie gatunków wzrasta o kilka punktów procentowych.

Innymi słowy, nawet jeśli szybko kontrolujemy emisje, niektóre straty będą nieuniknione, globalne temperatury wzrosły już o około 1 stopień Celsjusza. Ale jeśli ograniczymy wzrost temperatury do tego, na co kraje zgodziły się w ramach porozumienia paryskiego z r. 2015, nie więcej niż 2 stopnie Celsjusza, straty prawdopodobnie utrzymają się poniżej 10 procent. Spośród 2,2 miliona gatunków oceanicznych, to „wciąż duża liczba bezwzględna”, mówi Penn. „Ale to o rząd wielkości mniej niż mogłoby być”.

irme.pl

Źródło: SCIENCE, Nature