Fredag 26.5.2017 - Uke 21

logo

Samarbeidspartnere

Den globale oppvarmingens onde tvilling heter havforsuring, og bekymrede stemmer hevder den truer livet i havet. Dyr og planter i verdenshavene er imidlertid ikke kjemi. De er biologi.


530x348 DobuMarint liv, inkludert koraller, kan blomstre der CO2 er rikelig og pH-nivået er lavt. Her fra Dobu-øya utenfor kysten av Papua Ny-Guinea. Foto: Bob Halstead

Det er en nesten vedtatt sannhet at havets pH har sunket fra 8,2 til 8,1, fra starten av den industrielle revolusjon mot slutten av 1700-tallet, til i dag. På en logaritmisk skala innebærer dette en ikke ubetydelig endring mot et litt mindre basisk hav.

For havet er nemlig ikke surt, og vil heller aldri bli det.

Ekstrapolert mot år 2100, og linket til globale CO2-utslipp, tenker bekymrede forskere og miljøvernere at pH-verdien vil synke ytterligere noen tideler. Og de beskriver et hav hvor store deler av dyre- og plantelivet forsvinner.

I ca. 1750 var det imidlertid ingen som målte pH – altså ”surheten” i havet. Begrepet ble ikke funnet opp før i 1909, og et pH-meter så dagens lys først i 1924. Vi har derfor ingen måledata 265 år tilbake i tid.

Proxy-data, altså andre indikatorer på pH i havet, er blant annet hentet fra bor-isotopsammensetning hos koraller i Stillehavet, og de indikerer ingen endringer av havets pH gjennom 300 år på dette stedet1.

pH-verdiene i havet varierer dessuten temmelig mye, både gjennom døgnet, gjennom året, med dybde, temperatur og lokalitet.

En gjennomsnittlig global marin pH-verdi er derfor temmelig meningsløs, og en påstand om en 265-årig ”forsuring” er mildt sagt meget tvilsom.

Enorm bufferkapasitet

I motsetning til ferskvann har saltvann en enorm evne til å motstå endringer i syre-base-balansen.

Havets pH er enormt stabil. Det er knyttet til de saltene som er løst i sjøvann, i form av blant annet klor-, natrium-, sulfat-, magnesium-, kalium- og kalsiumioner. Til sammen utgjør de omtrent 3,5 prosent av havets masse.

Så vidt man vet har saltinnholdet i havet vært stabilt i hundrevis av millioner år, kanskje flere milliarder. De siste 600 millioner år har det vært kalkstein i havet, som løses opp under sure betingelser.

Det kan altså ikke ha vært surt i denne perioden, og den stabile pH-verdien forteller med tydelighet om havets enorme bufferkapasitet. Det er de nevnte saltene som ligger til grunn for stabiliteten. Tilførsel av dem kommer både fra land, fra undersjøiske vulkaner, og sjøvann som pumpes opp fra havbunnen.

I tillegg er Revelle-faktoren2 viktig for havets pH. Den sier at ved en dobling av CO2-innholdet i atmosfæren, vil oppløst CO2 i havet kun øke med 10 prosent. Et viktig forhold er også at sjøvann holder på mindre CO2 når det varmes opp.

I havet vil derfor en eventuell global oppvarming føre til at deler av den ekstra tilførte karbondioksidmengden gasses av. Det er i derfor lite trolig at havets pH vil endres i årtiene framover.

Dyr og planter kontrollerer sin indre kjemi

I 2009 hevdet Natural Resources Defence Council (NRDC) i USA at ”midt i dette århundret vil korallrevene slutte å vokse, og begynne å oppløses. Havforsuringen vil påvirke de kommersielle fiskeriene over hele kloden, og true matforsyningen for hundrevis av millioner mennesker, samt eksistensen til multi-milliard-industrier”3.

Tilsvarende har vi hørt fra utallige andre aktører.

Én av dem som målfører disse tankene er biologen Ove Hoegh-Guldberg (som ofte trekkes fram i populærpressen), som hevder:

"Vi vet at korallrev er spesielt følsomme for havforsuring. Og grunnen til det er at koraller ikke er i stand til å danne skjelett så raskt som de tidligere klarte, og revene er i ferd med å smulne opp og forsvinne. Vi kan miste disse økosystemene innen en periode på 20 eller 30 år. …. Vi har nå et siste tiår hvor vi kan gjøre noe med dette problemet. Men det er meget, meget klart at dersom vi ikke griper fatt i dette umiddelbart, med meget, meget barske utslippskutt, dømmer vi havene til en ekstremt usikker framtid."

Hoegh-Guldberg og andre mener forsuringen vil stoppe kalkdannelsen hos dyre- og plantearter, slik som krepsdyr, skjell og coccolithophorer (kalkdannende planteplankton). Og det er riktig; kalksjelettet til en død hummer vil kunne løses opp i surere vann.

Det er utsatt for havkjemi, og kjemien til kalsium og karbondioksid. Disse alarmistene tar imidlertid ikke hensyn til organismenes evne til å kontrollere kjemien i de indre organer, og de biokjemiske prosesser.

Vi kaller det homeostase, og denne setter livsformene i stand til å opprettholde både kroppens kjemi og temperatur under skiftende ytre betingelser. Dersom organismenes biologi utelukkende var bestemt av de kjemiske omgivelsene, er det lite sannsynlig at det ville vært liv på kloden.

Denne homeostasen gjøres på mange finurlige vis.

De fleste fiskearter er osmoregulert, det vil si at de opprettholder en konstant indre saltbalanse, mens virvelløse dyr gjerne har samme saltbalanse som omgivelsene – men de vil like fullt kunne justere sammensetningen av saltene.

Osmoreguleringen er et godt eksempel på hvordan dyrearter kan klare seg i ugjestmilde omgivelser. På samme måten kan både dyr og planter styre kalkdannelsen under skiftende pH-regimer.

Den vanlige dammuslingen (Anodonta anatina) klarer i laboratoriet å overleve i 10 dager ved pH=3, uten å miste noe av skallet4. Coccolithophorene utgjør rundt 50 prosent av kalsiumkarbonatproduksjonen i åpent havvann.

I laboratoriestudier har man vist at arten Emiliania huxleyi økte massen betydelig med mer CO2 i vannet, og gjennom de siste 220 årene har det vært en 40 prosent økning av gjennomsnittlig coccolith-masse i havet5.

Mer CO2 fører altså ikke bare til høyere planteproduksjon på land, men også i havet. Det gjelder ikke minst de kalkdannende artene. Det er meget gode nyheter for havenes primærproduksjon, og fiskeriene som følger lenger opp i næringskjeden.

De fysiologiske mekanismene som styrer kalkdanning for å bygge et ytre skjelett hos marine virvelløse dyr, ble antakeligvis utviklet i begynnelsen av kambrium, for rundt 540 millioner år siden. Sentralt var utviklingen av slim, skilt ut fra overflateceller6.

Dette slimet har kalkdannende arter også i dag, og det er ganske identisk hos mange virvelløse marine dyr. Det har en rekke funksjoner, men sørger også for at omgivelsenes kjemi kan isoleres fra kalkdanningsprosessen.

Kalkdannende arter har meget sofistikerte strukturer og prosesser som kontrollerer oppbyggingen av skjelettet.

Når pH i havvann reduseres, blir det mer bikarbonationer (HCO3), og mindre karbonat (CO3). Heri ligger bekymringen for et kollaps hos det marine dyre- og planteliv. Det er imidlertid fullt mulig at kalkdannende arter er i stand til å omdanne HCO3 til CO3.

Livsformene tilpasser seg

Mange tenker seg at dyr og planter trenger tusener eller millioner av år, for å tilpasse seg endringer i omgivelsene. Det er ikke tilfelle, og gjelder arter med både kort og lang generasjonssyklus.

Virvelløse dyr som lager et ytre skjelett av kalsiumkarbonat kan tilpasse seg gjennom to viktige faktorer.

For det første reproduserer de årlig, kanskje oftere. Avkommets miljøtilpasning testes derfor kontinuerlig. For det andre får disse artene enormt mange avkom; fra tusener til mange millioner. Det øker sjansene for genetiske modifiseringer.

I tillegg er det slik at en bestemt genotype, altså individets arveanlegg, ikke er den enes-te faktoren som sørger for tilpasning til miljøet. De samme artene kan leve i svært forskjellige omgivelser, med variasjoner i pH, oksygenmetning, temperatur og saltholdig-het.

To ulike fysiologiske mekanismer muliggjør raske tilpasninger til miljøet, som ikke in-nebærer en endring av genotypen gjennom evolusjon.

Den første kalles fenotypisk plastisitet. Det innebærer at en spesifikk genotype kan uttrykkes ulikt, avhengig av miljøfaktorene. Et menneske har evnen til å akklimatisere seg til ulike temperaturer og høyde over havet, ikke gjennom endringer av genotypen, utelukkende gjennom fysiologiske forandringer.

Skiskytteren Ole Einar Bjørndalen har i mange år bodd deler av året i høyden, for å få flere røde blodlegemer. Slik blir han tilpasset konkurranser i Alpene.

Den andre mekanismen kalles transgenerasjonsplastisitet. Foreldre har altså evnen til å videreføre tilpasninger til avkommet7. Et forsøk utført på den store fiskearten Menidia menidia viser hvordan dette fungerer.

Foreldre og avkom ble eksponert for atmosfærekonsentrasjoner av CO2 på henholdsvis 400 (normalt), 1 200 og 2 300 ppm. Tidlig på året (april) reduserte de høye CO2-nivåene overlevelsen med 54 prosent i 2012, og 33 prosent i 2013. Veksten ble også redusert.

Yngel fra hunner hvor eggene ble gytt senere på våren ble imidlertid mer og mer CO2-tolerante, og midt i mai var overlevelsen hos yngelen like høy på alle CO2-nivåer8. Det viser at fisk i kystfarvann kan tilpasse seg høye CO2-nivåer på meget kort tid, og indikerer samtidig at de små endringene som finner sted i dag, neppe har noen som helst betydning.

For statisk forståelse av naturen

Miljø- og klimadebatten gir en nærmest uendelig rekke av eksempler på naturens og kulturens sammenbrudd basert på litt høyere CO2-nivåer i atmosfæren.

Nitidige studier av kalkdanningsprosesser hos krepsdyr, muslinger, koraller eller kalkdannende alger viser at disse katastrofescenariene ikke har rot i virkeligheten.

De er basert på en alt for statisk oppfatning og forståelse av naturen. Vi vet at svært mange kalkdannende marine dyr og planter har overlevd og klart seg fint i perioder med langt høyere CO2-innhold i atmosfæren, enn hva vi har i dag.

Alle arter er i stand til å tilpasse seg skiftende miljøbetingelser. Gjennom lengre tid sørger evolusjonen for tilpasninger. Gjennom kort tid sørger fenotypisk- og transgenerasjonsplastisitet for overlevelse og trivsel.

Og alle marine arter har evnen til selv å styre sin indre kjemi, innen et vidt spekter av kjemiske miljøfaktorer.

Dommedagsprofetiene blant annet fra Hoegh-Guldberg er etterprøvbare, gjennom blant annet forsøk i laboratorier. De indikerer heller ikke en slik dramatisk framtid.

The Center for the study of carbon dioxide and global change har lagt ut en database med 1 560 eksperimenter (mars 2013), mens de akkumulerte resultatene er basert på 1 103 eksperimenter (2011). Figuren nedenfor viser resultatene9.

530x399 fig1Figuren tar for seg fem aspekter i relasjon til marin pH-verdi: kalsifisering, metabolisme, vekst, fruktbarhet og overlevelse.

I denne figuren ser vi at den forventede katastrofen fra Hoegh-Guldberg ikke stemmer. Den var basert på teoretiske modellberegninger, resultatene ovenfor er fra biologiske laboratorieforsøk.

De viser at marine organismer neppe blir hardt skadelidende av en svak marin forsuring.

Av avgjørende betydning er imidlertid også observasjoner av kalsifisering i naturen. På vestkysten av Australia ligger en kjede med 122 små øyer, kalt Houtman Abrolhos-øyene.

I en periode hvor havtemperaturen steg med 0,1 grad / tiår, økte kalsifiseringsraten hos koraller med 23,5 prosent. I havet utenfor Coral Bay og Tantabiddi økte temperaturen med henholdsvis 0,8 og 0,6 grader / tiår, og tilhørende kalsifiseringsrate, igjen hos koraller, økte med henholdsvis 8,7 og 4,9 prosent10.

I diskusjonen av sine funn sier en annen forskergruppe, etter studier av kalsifisering hos koraller utenfor Florida Keys (et korallarkipelag sørøst i USA), at funnene fra Houtman Abrolhos-øyene sannsynligvis er et generelt uttrykk for økt grad av kalsifisering knyttet til høyere havtemperatur, og at temperatur for tiden er den faktor som ser ut til å ligge bak forandringer i korallers kalsifisering11.

Den samme konklusjonen trekkes av forskerne bak studien av koraller utenfor vestkysten av Australia12. En rekke forskere poengterer at kalsifisering er en biologisk prosess, som overstyrer de fysisk-kjemiske begrensninger i det ikke-levende miljø.

De hevder at kalsifiseringen øker med stigende temperatur, hvilket delvis skyldes en økning i fotosynteseraten hos de symbiotiske algene13.

Vi har også indikasjoner på at marint liv blomstrer der CO2 er rikelig. Ved ”boblebadet” utenfor Dobu-øya ved Papua Ny-Guinea trives dykkere spesielt godt.

Stedet har fått sitt navn fordi denne gassen her bobler opp i forbindelse med vulkansk aktivitet. Vannmasene er mettet med CO2. Dyrelivet er så spektakulært at dykkere val-farter hit, og utvilsomt trives korallrevene utmerket ved pH-verdier som ligger under det normale14.

Endringer på opp mot 0,25 pH-enheter i havet viser altså en netto positiv effekt på kalkdannelse, metabolisme, vekst og fertilitet hos kalkdannende marine arter. En slik kjemisk endring ligger utenfor hva vi kan forvente gjennom dette århundret.


Referanser

1C.E. Pelejero, et al: Preindistrial to Modern Interdecadal Variability in Coral Reef pH, Science 309 (2005): 2204-2207

2Roger Revelle var direktør ved Scripps Institute of Oceanography

3Natural Resources Defence Council, ”Ocean Acidification: The Other CO2 Problem”. August 2009.

4T.P. Mäkelä og A.O.J. Oikari: The effects of Low Water pH on the Ionic Balance in Fresh Water Mussel Anodonta anatina L. Ann. Zool. Fenici 29 (December 1992): 169-175

5M.D. Iglesias-Rodriguez et al: Phytoplankton Calcification in a High-CO2 World. Science 320, no 5847 (2008)

6F. Marin et al: Skeletal matrices, muci, and the origin of invertebrate calcification. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 93, no 4 (1996): 1554-1559

7Eva Jablonka and Gal Raz: Transgenerational Epigenic Inheritance: Prevalence, Mechanisms, and Implications for the Study of Heredity and Evolution. Quaterly Review of Bi-ology 84, no 2 (2009): 131-176

8Christoffer S. Murry et al: Offspring sensitivity to ocean acidification changes seasonally in an coastal marine fish. Marine Ecology Progress Series 504 (2014): 1-11

9http://www.co2science.org/data/acidification/results.php

10Cooper, T.F., O´Leary, R.A. og Lough, J.M. (2012): Growth of western Australian corals in the Anthropocene. Science 335: 593-596

11Lough. J.B. og Barnes, D:J: (2000): Environmental controls on growth of the massive coral Porites. Journal of experimantal marine biology and ecology 245: 225-243

12Cooper, T.F., O´Leary, R.A. og Lough, J.M. (2012): Growth of western Australian corals in the Anthropocene. Science 335: 593-596

13Bessat, F. And Buigues, D. (2001): Two centuries of variation in coral growth in a massive Porites colony from Moorea (French Polynesia): a response of ocean-atmosphere variability from south central Pacific. Paleogeography, Paleclimatology, Paleoecology 175: 381-392. Carricart-Gavinet, J.P. (2004): Sea surface temperature and the growth of West-Atlantic reef-building coral Montastraea annularis. Journal of Exprimental Marine Biology and Ecology 302: 249-260. Clausen, C.D., Roth, A.A. (1975): Effect of temperature and temperature adaption on calsification rate in the hematypic Pocillophora damicornis. Marine Biology 33: 93-100. Coles, S.L. and Coles, P.L. (1977): Effects of temperature on photosyntesis and respiration in hermatypic corals. Marine Biology 43: 209-216. Kajiwara, K., Nagai, A. And Ueno, S. (1995): Examination of the effect of temperature, light intensity and zooxanthellae concentration on calcification and photosynthesis of scleractinean coral Acrophora pulcra. J. School Mar. Sci. Technol. 40: 95-103. Lough, J.M. and Barnes, D.J. (2000): Environmental controls on growth of the massive coral Porites. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology 245: 225-243. Nie, B. et al (1997): Relationship between coral growth rate and sea surface temperature in the northern part of South China Sea. Sci. China Ser. D. 40: 173-182. Reynaud-Vaganay, S., Gattuso, J.P., Cuif, J.P., Jaubert, J. and Juillet-Leclerc, A. (1999): A novel culture technique for scleractinean corals: Application to investigate changes in skeletal ò18O as a function of temperature. Marine Ecology Progress Series 180: 121-130.

14http://www.quadrant.org.au/blogs/doomed-planet/2012/05/the-myth-of-acidification-of-oceans

Samarbeidspartnere

Nyhetsbrev

captcha 

195x248 Banner

200 ledige stillingerb

200 Tips oss

200 Fortell om din forskning

 

 Ukens PhD comics

20


Redaktør: Denne e-postadressen er beskyttet mot programmer som samler e-postadresser. Du må aktivere javaskript for å kunne se den.å

Om: Info om Geoforskning.no

Annonsere: Informasjon og priser

Kontakt: Kontaktinformasjon Tips oss

Webløsning ©2013-15 av Web Norge. Skjerm: