Czas czytania: 14 minut
Ostatnia aktualizacja:
W morzach i oceanach na całym świecie ubywa tlenu. W ciągu ostatnich 50 lat z otwartych oceanów wyparowało 2% zawartego tam tlenu, rejony mórz i oceanów o niebezpiecznie niskiej zawartości tlenu (Oxygen Minimum Zones) powiększyły się o obszar tak duży jak Unia Europejska, a objętość pustyni tlenowych, gdzie tlenu nie ma wcale wzrosła w tym samym czasie czterokrotnie.
Do odtlenienia wód przyczynia się głównie działalność człowieka. Po pierwsze chodzi o spowodowany nadmierną emisją dwutlenku węgla wzrost temperatury na Ziemi. Drugim powodem są nawozy sztuczne i ścieki, których olbrzymie ilości spływają z pól i rzekami trafiają do mórz i oceanów.
Na co dzień nie zdajemy sobie sprawy jak ważna jest dla życia woda z bąbelkami. Mieszkańcy mórz i oceanów – ryby, skorupiaki, koralowce, gąbki, czy ośmiornice – nie poradziliby sobie bez rozpuszczonego w wodzie tlenu. Kiedy jego stężenie w otoczeniu stale maleje, zwierzęta te muszą drastycznie zmniejszyć wydatki energetyczne, co wiąże się z mniejszymi rozmiarami, rzadszą reprodukcją czy zdecydowanie mniejszym zasięgiem poszukiwania pożywienia. Ostatecznie, jeśli w wodzie zabraknie życiodajnego gazu, zwierzęta po prostu się duszą.
to obszary wód o zawartości tlenu zbyt niskiej, by mogły w nim przeżyć organizmy oddychające tlenem, zarówno roślinne, jak i zwierzęce.
Warty podkreślenia jest fakt, że aż połowa tlenu na całej kuli ziemskiej, również tego którym oddychają ssaki lądowe, pochodzi z oceanu. Gaz ten produkowany jest w wodzie przez fitoplankton w procesie fotosyntezy.
Odtlenienie oceanu to jeden z trzech procesów tzw. śmiertelnego trio, na które składają się: ocieplenie oceanu, zakwaszenie oceanu i odtlenienie oceanu. Procesy te są ze sobą nierozerwalnie połączone.
Spis treści
Podstawowe informacje
Badając geologiczną przeszłość Ziemi widzimy wyraźnie, że występujące w niej epizody masowego odtleniania oceanów były konsekwencją zmian klimatycznych, w szczególności tzw. klimatów cieplarnianych, pojawiających się w wyniku szybkiego narastania stężenia CO2 w atmosferze. Jedno z takich zdarzeń miało miejsce na przełomie permu i triasu. Wyginęło wtedy ponad 90% gatunków morskich i 75% lądowych, a pełne odrodzenie się ekosystemów zajęło około 10 mln lat.
Ówczesne zmiany klimatu wywołały tzw. duże prowincje magmatyczne, czyli trwające tysiące lat wybuchy wulkanów i wylewy lawy na obszarach obejmujących tysiące kilometrów kwadratowych. Wyrzucane w trakcie erupcji gazy, w szczególności dwutlenek węgla, uruchomiły sprzężenia cyklu węglowego, takie jak destabilizacja oceanicznych pokładów hydratów metanu, czy rozpad wiecznej zmarzliny, w wyniku czego doszło do dużego wzrostu globalnej temperatury, oraz zakwaszenia wody oceanicznej, uruchamiając procesy prowadzące do odtleniania oceanów.
Prehistoryczne epizody odtleniania oceanów są dobrze udokumentowane w zapisach geologicznych. W warunkach beztlenowych (anoksji dennej) powstawały bowiem osady bogate w materię organiczną (w tym ropa naftowa). Oceany mogły wyjść z trwającego tysiące lat stanu anoksji dzięki zadziałaniu termostatu węglowego oraz pętli sprzężeń związanych z tlenem atmosferycznym. Większa produkcja pierwotna pozwala „wyciągnąć” z atmosfery więcej węgla, można więc powiedzieć, że odtlenienie oceanów jest jednym z kosztów ponoszonych przez środowisko Ziemi za unormowanie stężenia CO2 w atmosferze
Globalne ocieplenie
Do odtlenienia oceanu przyczynia się głównie globalne ocieplenie. W ciągu ostatnich 100 lat średnia temperatura oceanów podniosła się o 0,7°C, a im cieplejsza woda, tym gazy słabiej się w niej rozpuszczają. Można to sobie uświadomić w prostym doświadczeniu – wystarczy podgrzać wodę gazowaną i przekonać się, że wraz ze wzrostem temperatury traci ona swoje bąbelki – dwutlenek węgla po prostu z niej ucieka. Podobnie jest z rozpuszczonym w wodzie tlenem.
Wyższa temperatura powierzchni oznacza nie tylko mniej tlenu rozpuszczonego w wodzie, ale także silniejszą stratyfikację, czyli uwarstwienie wody. Wzrost temperatury atmosfery sprawia, że z reguły lepiej dotlenione wody przy powierzchni słabiej się mieszają z głębinowymi. Ciepła woda jest bowiem lżejsza (mniej gęsta) od zimnej i nie zanurza się w niższe rejony (nie opada głębiej). To zaburza krążenie, a tym samym dostawę tlenu w głębiny, co sprawia że częściej powstają w niej pustynie tlenowe i martwe strefy (strefy martwych wód), gdzie nie mogą funkcjonować organizmy oddychające tlenem.
W efekcie następują zmiany w ziemskich cyklach biogeochemicznych, wywołując lawinę wydarzeń dezorganizujących skład gatunkowy ekosystemów, a także zakłócających system klimatyczny.
Zaburzenie cyklu biogochemicznego
Kolejnym powodem odtlenienia oceanów są ogromne ilości nawozów sztucznych i ścieków spływające z pól i rzekami trafiające do mórz i oceanów (zaburzające naturalny cykl biogochemiczny). Nawozy i ścieki to gotowe substancje odżywcze zawierające azot i fosfor inicjujące gigantyczne zakwity roślin wodnych. Fitoplankton w takich warunkach gwałtownie rośnie (fosfor jest bardzo ważny dla fitoplanktonu, ale w normalnych warunkach stosunkowo trudno dostępny w oceanie), a po obumarciu jest rozkładany w toni wodnej przez wyspecjalizowane mikroby. W czasie tego rozkładu wykorzystywany jest tlen. Ten proces prowadzi do powstawania olbrzymich martwych stref w morzach przybrzeżnych.
W skali milionów lat utrzymanie relatywnie stabilnych koncentracji tlenu w oceanach i atmosferze wymaga, by źródła fosforu były w równowadze z jego pochłanianiem czyli usuwaniem do osadów morskich. Do tej pory głównym źródłem fosforu w wodzie oceanicznej było wietrzenie skał lądowych. Wraz z globalnym ociepleniem następuje jednak intensyfikacja procesów wietrzenia m.in. z powodu przyspieszenia reakcji chemicznych w wyższej temperaturze, oraz zmian cyklu hydrologicznego, takich jak większa wilgotność, większy spływ rzeczny, oraz odpowiedź świata biologicznego.
Dodatkowo osłabienie oceanicznej cyrkulacji termohalinowej z powodu zmian klimatu może powodować, że więcej fosforu jest transportowane z otwartego oceanu w okolice wybrzeży, które już zmagają się z eutrofizacją w wyniku dopływu nawozów i zanieczyszczeń z rzek. Wszystko to oznacza bujniejszy zakwit fitoplanktonu, w tym gatunków toksycznych. Ta ogromna biomasa nie ma szans zostać zjedzoną przez roślinożerców, szczególnie w przełowionych i zanieczyszczonych morzach. Na skutek słabego mieszania wód biomasa przebywa dłużej w warstwach podpowierzchniowych.
Tempo opadania biomasy na dno maleje również wraz z postępującym zakwaszaniem oceanu, które powoduje spadek grubości (ciężaru) skorupek z węglanu wapnia, występujących u niektórych gatunków fitoplanktonu. Bakterie z przypowierzchniowych warstw mają więc więcej czasu na rozłożenie materii organicznej, co przyczynia się do odtleniania większych objętości wody. Nasila to już istniejący problem odtleniania głębin, wynikający z zaburzeń w miejscach napowietrzania głębinowych mas wody (okolice biegunów, gdzie woda powierzchniowa opada a głębinowa – wydobywa się na powierzchnię).
Prognozy pokazują, że zawartość tlenu w głębinach może zostać w związku z tym zredukowana w latach 2080-2100 średnio nawet o 70 µmol/kg, czyli o około 1/3. W przypadku Atlantyku może to być ponad 100 μmol/kg (czyli o około 1/2 obecnych wartości), jeśli nastąpi 40-60% spadek formowania północnoatlantyckich wód głębinowych.
Globalne prognozy dotyczące tego jak może przebiegać w przyszłości odtlenienie wód morskich i oceanicznych nie są jednoznaczne. Modele matematyczne muszą uwzględnić wiele skomplikowanych i często wpływających na siebie procesów, które wymagają dokładniejszego poznania poprzez obserwacje i eksperymenty. Prace nad ulepszaniem globalnych i lokalnych modeli matematycznych trwają w zasadzie nieustannie i prowadzą do powstawania coraz bardziej zgodnych prognoz. Naukowcy skupiają się również na budowaniu nowych wieloparametrowych czujników, które pozwolą skutecznie badać procesy zachodzące w głębinach. Dzięki temu będą mogli lepiej zrozumieć powiązania pomiędzy poszczególnymi zmiennymi. Konieczne są również intensywne i systematyczne obserwacje zawartości tlenu w wodach morskich i badania wpływu zaobserwowanych zmian na organizmy.
dodatkowe informacje:
Zaburzenie obiegu azotu i fosforu (cyklu biogochemicznego)
Zagrożenia dla rybołówstwa
Problem niedotlenienia oceanu ma bezpośredni negatywny wpływ na bioróżnorodność gatunków, funkcjonowanie morskiego łańcucha pokarmowego, czy ogólną produkcję biomasy. Ten ostatni proces wiąże się nierozerwalnie z rybołówstwem.
Zwiększone zużywanie tlenu w cieplejszych oceanach na skutek intensyfikacji procesów metabolicznych dotyczy nie tylko organizmów jednokomórkowych (bakterie rozkładające resztki fitoplanktonu), ale też organizmów wyższych. W przypadku zwierząt zmiennocieplnych, których temperatura zależy od temperatury środowiska, cieplejszy ocean oznacza wyższą temperaturę ciała, a tym samym szybsze tempo reakcji biochemicznych i szybszy metabolizm. Skutkuje to podwyższonym zapotrzebowaniem na tlen, tym większym, im większe są rozmiary ciała. Oznacza to szybsze zużywanie tlenu w coraz bardziej ubogim w niego oceanie.
Prognozy mówią o 29% wzroście zapotrzebowania zwierząt na tlen w przypadku ocieplenia o 2°C, a dla 3°C o 50%. Przełoży się to na skład ekosystemów morskich, a w rezultacie także na natlenienie oceanów, gdyż żywe organizmy mają istotny wpływ na krążenie pierwiastków oraz liczebność i rozmieszczenie fitoplanktonu. Przykładem zmian jest zanik siedlisk ekosystemów otwartego morza, np.: w latach 1960-2010, w górnych 200 m wód północno-wschodniego Atlantyku o około 15%. Wynika to z faktu, że możliwość wymiany gazowej jest ograniczona powierzchnią skrzeli, więc ryby, szczególnie duże gatunki takie jak tuńczyki czy rekiny, starają się unikać słabo natlenionych obszarów, których wraz z ocieplaniem będzie przybywać.
Mniejsza ilość rozpuszczonego w cieplejszej wodzie tlenu zredukuje rozmiary osiągane przez ryby. Przy obecnych scenariuszach emisji oznacza to ograniczenie o 20-30% maksymalnej wielkości ich ciał, np.: w przypadku atlantyckich tuńczyków błękitnopłetwych nastąpi to przy wzroście temperatury wody o około 2o°C. Ponad połowa tego „zmniejszenia” wynika z fizjologii, reszta ze zmian rozmieszczenia i liczebności stad ryb. Badanie z 2014 roku pokazało, że proces ten jest już obserwowany od około 40 lat w przypadku ważnych gospodarczo ryb Morza Północnego, takich jak śledzie, sole czy łupacze. Podobna sytuacja będzie miała miejsce w przypadku bezkręgowców – wzrost temperatury wody o 1°C oznacza spadek masy ich ciała o 0,5–4,0%. Przełoży się to bezpośrednio na rybołówstwo. Prognozy dla Wielkiej Brytanii mówią w związku z tym o zmniejszeniu dochodów z połowów do 2050 roku nawet o 20%.
Oczywiście odtlenianie wody nie jest jedyną przyczyną negatywnych trendów w populacjach ryb. Zbadano także wpływ przełowienia. Najbardziej szkodliwym skutkiem przełowienia jest redukowanie różnorodności genetycznej stad ryb, co zmniejsza szanse populacji na dostosowanie się do nowych warunków. Do tego, o ile negatywny wpływ rybołówstwa można zmniejszać poprzez tworzenie rezerwatów morskich czy ograniczanie połowów, to zmian klimatycznych nie da się tak szybko zatrzymać ani odwrócić.
Najbardziej wrażliwe na zmiany klimatu są szybko rosnące gatunki, takie jak sardynki, u których nieodpowiednia temperatura wody może doprowadzić niemal do załamania populacji, a także osobniki młodociane, będące podstawą odbudowy ławic. Temperatura wody ma również wpływ na rozmieszczenie i skład bazy pokarmowej ryb oraz konkurencyjnych (w tym inwazyjnych) gatunków, a także aktywność patogenów (poprzez osłabianie organizmów zwierząt oraz poprzez tworzenie warunków korzystnych dla patogenów). Związane z tym zmiany zaobserwowano chociażby w populacjach dorszy i łososi, a w przypadku bezkręgowców u gatunków środowiskotwórczych, takich jak ostrygi czy koralowce.
Do tego osłabienie cyrkulacji oceanicznej wywołane ogrzewaniem wód morskich wpływa na trasy przemieszczania się cząstek pokarmowych oraz na miejsca ich wynoszenia z głębszych warstw oceanu, czego skutkiem jest rozsynchronizowanie się łańcuchów pokarmowych. Wraz z odtlenianiem, zanieczyszczeniem oceanów i przełowieniem spowoduje to zaburzenie funkcjonowania ekosystemów i zaopatrzenia ludzi w żywność.
Zmiany w populacjach zwierząt morskich oznaczają zresztą nie tylko problemy gospodarcze. Żywe organizmy stanowią ważny element krążenia materii, mają także ogromny wpływ na fitoplankton, zarówno poprzez drapieżnictwo, jak i dostarczanie składników odżywczych. Głębokie przemiany w ekosystemach będą więc wzmacniać negatywne skutki zmiany klimatu na ocean.
Kolejny epizod odtleniania oceanów
Choć przyczyn odtleniania oceanów jest kilka: słabsza rozpuszczalność tlenu, zaburzenia krążenia wód oceanicznych i cyklu fosforowego, zwiększone zapotrzebowanie na tlen organizmów żyjących w morzu, to łączy je jedno – wzrost globalnej temperatury. Ponieważ wraz z postępowaniem globalnego ocieplenia problemy te będą się nasilać, a do tego procesy zachodzące na dnie oceanu nie będą w stanie efektywnie wiązać nadmiaru fosforu, to skutek może być ten sam, co w czasach prehistorycznych.
Już teraz zawartość tlenu w oceanach zmalała o 2% w stosunku do lat 60. XX wieku, a prognozy dla 2100 roku mówią o spadku o 4-7%. Powoduje to coraz poważniejsze kurczenie się środowiska życia zwierząt morskich, wpływając też negatywnie na rybołówstwo. Odtlenianie zmienia także funkcje oceanu w systemie klimatycznym Ziemi, np.: w skutek zmian w cyklu azotowym na obszarach beztlenowych stają się one źródłem podtlenku azotu N2O, będącego silnym gazem cieplarnianym.
W dłuższej perspektywie czasowej obecne ocieplenie klimatu może oznaczać uruchomienie procesu całkowitego odtleniania oceanów. Naukowcy obliczyli, że jeśli w tym stuleciu tempo powiększania się dennych stref beztlenowych będzie wynosiło 2,2×104 – 7,5×104 km2 na dekadę, to osiągnięcie stanu odtlenienia oceanu znanego z prehistorycznych epizodów możliwe jest już za 100-350 lat.
Wysoce stabilny przez setki milionów lat skład chemiczny mórz i atmosfery, w tym zawartość tlenu, był do tej pory możliwe dzięki współdziałaniu cykli biogochemicznych połączonych ze sobą siecią sprzężeń zwrotnych. Są one jednak niezwykle wrażliwe na nawet małe zmiany w natlenieniu czy pierwotnej produkcji biologicznej netto. Emitując dwutlenek węgla, zanieczyszczając środowisko i wyławiając masowo ryby zakłóciliśmy funkcjonowanie całego złożonego systemu przepływu materii i energii w oceanie, co może mieć bardzo poważne konsekwencje. Bez zdecydowanych zmian w sposobach pozyskiwania energii i ochronie środowiska, może się okazać, że badania nad prehistorycznymi epizodami odtleniania staną się nieprzyjemnie aktualne już w bliskiej przyszłości.
Co można zrobić
To co można zrobić żeby spowolnić odtlenianie mórz i oceanów to ograniczenie emisji gazów cieplarnianych, głównie dwutlenku węgla. Krajom trudno się do tego zobowiązać, bo oznacza to przemodelowanie w kierunku zrównoważonego rozwoju i zielonych gospodarek. Odnawialne źródła energii zamiast nieodnawialnych na pewno pozytywnie wpłyną na rozwiązanie problemu duszących się oceanów.
źródło: materiały prasowe
Globalne ocieplenie, prądy morskie i życie w oceanach, naukaoklimacie.pl, licencja CC BY NC ND 3.0 PL
Nauka w Polsce, naukawpolsce.pap.pl
Zmiany klimatu – dodatkowe informacje:
carbon offset, dekarbonizacja, denializm klimatyczny (zaprzeczanie globalnemu ociepleniu), depresja klimatyczna (ekolęk, lęk klimatyczny), fakty i mity klimatyczne, handel emisjami CO2, hipoteza pistoletu metanowego, naturalna zmienność klimatu, neutralność klimatyczna, neutralność węglowa, odnawialne źródła energii, rekompensata węglowa, sekwestracja CO2, ślad ekologiczny, ślad węglowy, ślad wodny, węglowy rezerwuar, zielona transformacja energetyczna, zielony rozwój, zrównoważony rozwój
efekt cieplarniany, gazy cieplarniane, globalne ocieplenie
dwutlenek węgla, freony (chlorofluorowęglowodory CFC), metan, ozon, podtlenek azotu
międzynarodowe organizacje, petycje, protokoły, umowy:
Europejski System Handlu Emisjami (EU ETS), Europejski Zielony Ład, funduszu Loss and Damage, Green Climate Fund, Konferencje Stron COP (Conferences of the Parties), Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu (Intergovernmental Panel on Climate Change IPCC), Petycja Oregońska, Porozumienie Paryskie, Protokół z Kioto, Ramowa konwencja Narodów Zjednoczonych w sprawie zmian klimatu (United Nations Framework Convention on Climate Change – UNFCCC, FCCC)
zagrożenia ekologiczne związane z zmianami klimatu:
blaknięcie (bielenie) raf koralowych, El Niño, ekstremalne zjawiska, gatunki zagrożone wyginięciem, geoinżynieria klimatu, gwałtowne zmiany pogody, huragany, kwaśny deszcz, La Niña, miejska wyspa ciepła, migracje gatunków, migracja ludności, ocieplenie oceanu, odtlenienie oceanu, osuwiska i tsunami, otwarcie nowych szlaków handlowych, paliwa kopalne, podtopienia, powodzie, punkty krytyczne w ziemskim systemie klimatycznym, pustynnienie, redukcja morskiej pokrywy lodowej (zmniejszenie zasięgu i frekwencji lodu morskiego), sprzężenia zwrotne w ziemskim systemie klimatycznym, straty ekonomiczne, susza, topnienie lodowców i lądolodów, topnienie lodu morskiego, topnienie wiecznej zmarzliny, ubożenie (utrata) różnorodności biologicznej, wydłużony okres wegetacyjny roślin, wylesianie (deforestacja), wymieranie gatunków, wzrost poziomu mórz i oceanów, wzrost śmiertelności, zakwaszenie wód (rzek, jezior, mórz i oceanów), zmniejszony dopływ słodkiej wody, zanieczyszczenie powietrza, zanieczyszczenie środowiska, zmiana (modyfikacja) cyrkulacji atmosferycznej, zmiana cyrkulacji termohalinowej (zaburzenie cyrkulacji oceanicznej), zwiększenie produkcji rolnej, zwiększenie powierzchni tundry w Arktyce, zwiększony zasięg występowania wektorów przenoszących zakaźne drobnoustroje (rozprzestrzenianie się chorób)
Wiedza ekologiczna – dodatkowe informacje:
aforyzmy ekologiczne, biblioteka ekologa, biblioteka młodego ekologa, ekoprognoza, encyklopedia ekologiczna, hasła ekologiczne, hasztagi (hashtagi) ekologiczne, kalendarium wydarzeń ekologicznych, kalendarz ekologiczny, klęski i katastrofy ekologiczne, największe katastrofy ekologiczne na świecie, międzynarodowe organizacje ekologiczne, podcasty ekologiczne, poradniki ekologiczne, (nie) tęgie głowy czy też (nie) najtęższe umysły, znaki i oznaczenia ekologiczne
Dziękuję, że przeczytałaś/eś powyższe informacje do końca. Jeśli cenisz sobie zamieszczane przez portal treści zapraszam do wsparcia serwisu poprzez Patronite.
Możesz również wypić ze mną wirtualną kawę! Dorzucasz się w ten sposób do kosztów prowadzenia portalu, a co ważniejsze, dajesz mi sygnał do dalszego działania. Nad każdym artykułem pracuję zwykle do późna, więc dobra, mocna kawa wcale nie jest taka zła ;-)
Zapisz się na Newsletter i otrzymuj email z ekowiadomościami. Dodatkowo dostaniesz dostęp do specjalnego działu na stronie portalu, gdzie pojawiają się darmowe materiały do pobrania i wykorzystania. Poradniki i przewodniki, praktyczne zestawienia, podsumowania, wzory, karty prac, checklisty i ściągi. Wszystko czego potrzebujesz do skutecznej i zielonej rewolucji w twoim życiu. Zapisz się do Newslettera i zacznij zmieniać świat na lepsze.
Chcesz podzielić się ciekawym newsem lub zaproponować temat? Skontaktuj się pisząc maila na adres: informacje@wlaczoszczedzanie.pl
Więcej ciekawych informacji znajdziesz na stronie głównej portalu Włącz oszczędzanie
