اقیانوس های گازدار

مثل یک غرق رسوبات آب سخت که ناگهان با سرکه آغشته شده باشد، پوسته حلزون های دریایی ریز در مخازن آزمایشی Victoria Fabry شانسی ندارند.

Fabry، اقیانوس شناس بیولوژیکی و محقق مهمان در موسسه اقیانوس شناسی اسکریپس در UC San Diego، اثرات اسیدی شدن اقیانوس ها را بر روی نرم تنان معروف به پتروپودها مطالعه می کند. در یک آزمایش، تنها 48 ساعت قرار گرفتن در معرض آب دریا کمی خورنده باعث شد که پوسته‌های نرمال صاف در لبه‌ها در مسیر انحلال نهایی ساییده شوند و شانس زنده ماندن صاحبانشان را به شدت کاهش دهد.

اسیدیته آب در آزمایشگاه فابری تا حدی افزایش یافته بود که ممکن بود تا پایان قرن دیده نشود، اما او و دانشمندان دیگر می ترسند که اسیدی شدن مداوم آب اقیانوس می تواند باعث حرکت آهسته شود. نابودی اکوسیستم های اقیانوسی در حال حاضر.

بارگیری دی اکسید کربن در اقیانوس ها نتیجه استفاده از سوخت های فسیلی است که در دهه گذشته به طور گسترده به عنوان مشکل ساز شناخته شده است. اثرات بعدی آن بر شیمی آب دریا، پتانسیل گسترش فاجعه زیست محیطی را به انواع صنایع وابسته به دریاها دارد.

برای درک آنچه جهان ممکن است انتظار داشته باشد، چندین تیم تحقیقاتی Scripps از تخصص موسسه در جمع آوری داده های آب و هوایی بلندمدت و فناوری های جدیدی استفاده می کنند که به آنها کمک می کند بفهمند چه زمانی، کجا و چگونه شیمی اقیانوس ها در زمان تغییر شرایط آب و هوایی تغییر می کند. دریاها با افزایش تزریق دی اکسید کربن غرق می شوند. آنها به تعداد فزاینده ای از دانشمندان بین المللی می پیوندند که توجه خود را به این موضوع معطوف می کنند. امید جمعی آنها این است که بفهمند آیا اقیانوس ها به نقطه اوج آسیب گسترده نزدیک می شوند و ببینند برای جلوگیری از آن چه کاری می توان انجام داد.

«ما می دانیم که اقیانوس ها اسیدی تر می شوند. اندرو دیکسون، شیمیدان دریایی اسکریپس، که با فابری همکاری می کند تا شبکه ای از ایستگاه های رصدی را در خارج از زمین بسازد، گفت: می دانیم که آزمایش های آزمایشگاهی نشان داده اند که با افزایش CO_{2 زندگی برای ارگانیسم ها دشوارتر می شود. ساحل کالیفرنیا"مطالعاتی که می توانند روشن کنند چقدر این موضوع برای اکوسیستم ها اهمیت دارد، هنوز طراحی و انجام شود."}

هنگامی که انسان نفت و زغال سنگ می سوزاند، دی اکسید کربن آزاد شده و در جو تجمع می یابد. کمی کمتر از نیمی از آن در آسمان می ماند و حدود یک سوم وارد اقیانوس ها می شود و در سطح اقیانوس در آب دریا حل می شود.

وقتی آب اقیانوس CO_{2 را جذب می کند، این دو واکنش نشان می دهند و اسید کربنیک تشکیل می دهند. اسید با یون‌های کربنات واکنش می‌دهد و باعث می‌شود یون‌ها در آب‌های اقیانوس برای موجودات پوسته‌ساز کمتر در دسترس باشند. این موجودات که از مقدار کافی ماده اصلی برای پوسته‌شان ربوده شده‌اند، ممکن است مقاومت کمتری داشته باشند و کمتر بتوانند تعدادشان را دوباره پر کنند.}

روندی که دانشمندان مشاهده می کنند ممکن است کوچک به نظر برسد. میانگین pH آب در سطح اقیانوس از ابتدای انقلاب صنعتی و ظهور استفاده از سوخت های فسیلی از 8.16 به 8.05 کاهش یافته است. آب خالص در مقایسه دارای pH 7 است.

اما موجودات دریایی که پوسته می سازند به یک پس زمینه شیمیایی خاص عادت کرده اند و چنین کاهشی را به خوبی تحمل نمی کنند - به ویژه با سرعتی که دانشمندان مستند می کنند.سرعت تغییری که موجودات دریایی در کمتر از سه قرن متحمل شده‌اند، 100 برابر سریع‌تر از سرعت تغییر در 850000 سال گذشته است. و هنگامی که آب با pH پایین تر وجود داشته باشد، به دلیل سرعت پایین گردش اقیانوس، برای مدت طولانی در آنجا خواهد ماند. دیکسون آن را به ریختن خامه در یک فنجان قهوه و هم زدن آن هر 1000 سال یک بار تشبیه می کند.

به عنوان یک نمونه نسبتاً مطالعه شده از اثرات اسیدی شدن، پتروپود به چیزی تبدیل شده است که محققان اسیدی کردن اقیانوس ها قناری خود را در معدن زغال سنگ می دانند. با این حال، حلزون ها تنها موجوداتی نیستند که حساس هستند. تقریباً همه گونه‌های حیات دریایی که پوسته‌های کربنات کلسیم می‌سازند، با افزایش اسیدیته اقیانوس‌ها به خطر می‌افتند. این فهرست طولانی شامل مرجان ها و همچنین بی مهرگان دریایی مهم تجاری مانند آبالون، خارپشت دریایی، صدف و صدف می شود.

حتی ماهی‌ها نیز ممکن است به دلیل تجمع اسید کربنیک در بافت‌هایشان مستعد مشکلات باشند. مطالعه جدیدی که توسط دانشگاه جیمز کوک استرالیا انجام شد، نشان داد که اسیدی شدن توانایی دلقک ماهی لارو، گونه رنگارنگی که در فیلم «یافتن نمو» رایج شده است، را برای استفاده از نشانه های بویایی که برای یافتن زیستگاه های مناسب نیاز دارند، کاهش می دهد.

و اگرچه خودشان به عنوان غذا برداشت نمی شوند، پتروپودها و سایر زئوپلانکتون ها و فیتوپلانکتون های آسیب پذیر ارزش غیرمستقیم اما عمیقی برای ماهیگیری دارند، زیرا بخش مهمی از رژیم غذایی ماهی قزل آلا صورتی، ماهی خال مخالی و ماهی ماهی است..

دانشمندان نگران مرگ ناگهانی و ناگهانی ارگانیسم‌های گلوله‌خورده نیستند تا حمله مداوم به سلامت آنها که قرن‌ها تسلیم نخواهد شد. برای مثال، صخره های مرجانی ممکن است تا اواسط قرن بیست و یکم به نقطه ای برسند که در اواسط قرن بیست و یکم سریعتر از رشدشان فرسایش یابد.

مارک اوهمان، اقیانوس شناس بیولوژیکی اسکریپس که اخیراً اندازه گیری های دی اکسید کربن را به آن اضافه کرده است، می گوید: "این موجودات احتمالاً در ترشح پوسته های خود به روشی کاملاً کاربردی مشکل دارند که می تواند موفقیت باروری و فراوانی جمعیت آنها را تغییر دهد." داده‌هایی را که او مرتباً از طریق برنامه تحقیقات طولانی‌مدت اکولوژیک اکوسیستم فعلی کالیفرنیا (LTER) به رهبری اسکریپس جمع‌آوری می‌کند.

اما در این مرحله، فقط اصول شیمیایی اسیدی شدن به خوبی درک شده است. اکتشافات جدید حس اخبار فوری را دارند. ریچارد فیلی و سایر محققان در آزمایشگاه محیط زیست دریایی اقیانوس آرام NOAA در سال 2008 زمانی که متوجه شدند توده‌های آب اسیدی در حال نفوذ به فلات قاره در سواحل غربی به میزان شگفت‌آوری هستند، خبرساز شدند. به نظر می رسد هجوم در طول سال تغییر می کند و دانشمندان هنوز به طور کامل درک نمی کنند که چقدر pH در فصلی در آب های ساحلی در نوسان است. آنها همچنین مطمئن نیستند که توده‌های آب با pH کمتر از نظر جغرافیایی تا چه اندازه کشیده می‌شوند.

تهدید بالقوه اسیدی شدن برای جریان کالیفرنیا، که بیشتر منطقه مورد مطالعه توسط Feely را در بر می گیرد، منطقه اقیانوسی از نظر اقتصادی حیاتی را به منطقه هدف تحقیقاتی تبدیل می کند. از آنجایی که اسکریپس خانه یک مخزن کلیدی داده های بلندمدت در مورد گازهای گلخانه ای و فعلی است، این موسسه در حال تبدیل شدن به مرکز مطالعات اسیدی شدن اقیانوس ها است.

دو بنای تاریخی کلیدی برای جمع‌آوری اطلاعات درازمدت دقیق در Scripps وجود دارد. تحقیقات ماهیگیری اقیانوسی تعاونی کالیفرنیا (CalCOFI) درست پس از جنگ جهانی دوم پس از سقوط ماهیگیری ساردین در ساحل غربی راه اندازی شد. این یک رکورد مداوم از دما، فراوانی پلانکتون و سایر شاخص های کلیدی از وضعیت اقیانوس را ارائه می دهد. در بیشتر زمان وجود برنامه، این داده ها به صورت فصلی جمع آوری شده اند. در سال 1958، چارلز دیوید کیلینگ اندازه گیری سطوح دی اکسید کربن اتمسفر را در ایستگاه هواشناسی در بالای Mauna Loa در هاوایی آغاز کرد. میانگین های ماهانه تا به امروز بر روی نمودار نمادین معروف به منحنی Keeling رسم می شود.

هر دو سری زمانی و شاخه های آنها به توصیف روند اسیدی شدن اقیانوس ها کمک می کند که قبل از اینکه دانشمندان بدانند به دنبال آنها هستند وجود داشته است. Ohman خاطرنشان می کند که سوابق CalCOFI "شش دهه زمینه" را در قالب داده های پروکسی از دما تا غلظت مواد مغذی ارائه می دهد. این اطلاعات به دانشمندان کمک می کند تا سرعت تغییر اسیدیته جریان کالیفرنیا را بازسازی کنند.دانشمندان همچنین امیدوارند که این رکورد بتواند نه تنها در مورد روند اسیدیته، بلکه چگونگی چرخه های آب و هوایی مانند ال نینو باعث نوسان چنین روندهایی شود.

منحنی Keeling شواهد غیرمستقیمی را ارائه می دهد که نشان می دهد همه انتشار دی اکسید کربن انسان در جو باقی نمی ماند و محققان امروزی این رکورد را برای دانشمندان ترغیب به جستجوی نشانه های اسیدی شدن در اقیانوس ها می دانند. مقالاتی درباره این پدیده ابتدا در دهه 1970 منتشر شد و یک دهه بعد، کیلینگ یک سری زمانی مشابه از محتوای دی اکسید کربن آب دریا و سطوح قلیاییت را در نزدیکی برمودا آغاز کرد. کار بعدی دیکسون استانداردهای مرجع را برای اندازه گیری میزان دی اکسید کربن و قلیایی بودن آب اقیانوس ها ایجاد کرد که به محققان کمک کرد روند اسیدی شدن را به طور یکسان اندازه گیری کنند.

«سری زمانی Mauna Loa CO_{2 معروف‌ترین نمونه از تأثیری است که با جمع‌آوری سری‌های زمانی بسیار طولانی می‌گیرید. با همکاری Ohman، Fabry، و Dickson، «و ما در تلاش هستیم تا همین کار را در اقیانوس در مکان‌های مهم و نماینده یا بحرانی انجام دهیم."}

نوامبر گذشته، کریس سابین، محقق Send، Ohman و NOAA یک لنگرگاه با حسگرهای دی اکسید کربن را در 250 کیلومتری (155 مایلی) جنوب غربی Point Conception، کالیفرنیا مستقر کرد. مشارکت این حسگرها و چندین حسگر دیگر متصل به لنگر به داده ها وارد می شود. جمع آوری شده توسط پروژه LTER، یک ساختمان برنامه ای تحت حمایت بنیاد ملی علوم از CalCOFI که هدف آن پاسخگویی به سؤالات دانشمندان در مورد تأثیر متقابل موجودات فعلی کالیفرنیا و محیط اقیانوس در حال تغییر آنها است.

فابری و دیکسون تلاش ها را برای استقرار دو حسگر دی اکسید کربن دیگر در سال جاری رهبری می کنند، یکی در کارلزباد، کالیفرنیا، و دیگری در شهر ترینیداد کالیفرنیای شمالی. پرتاب دوم بخشی از پروژه ای است که توسط شورای حفاظت از اقیانوس کالیفرنیا تامین شده است که در آن فابری آزمایش های تکمیلی را در آزمایشگاه انجام خواهد داد تا بفهمد که چگونه سطوح مختلف pH بر موجودات دریایی در مراحل مختلف توسعه تأثیر می گذارد.

حسگرهای لنگر انداخته شده در کالیفرنیا سهم کوچکی در تلاش های بسیار بزرگتر در مقیاس جهانی دارند. Send در حال رهبری برنامه بین المللی OceanSITES است که در حال ایجاد شبکه ای از ایستگاه ها در سراسر اقیانوس های جهان برای جمع آوری سری های زمانی طولانی از تغییرات در آب و هوا، کربن و اکوسیستم اقیانوس ها، از جمله اسیدی شدن است.

پنجاه سال تحقیق از سوی دانشمندان طول کشید تا اینکه جهان شروع به واکنش تهاجمی به تهدید گرمایش جهانی ناشی از افزایش CO_{2 کرد. از آنجایی که پیامدهای شیمیایی افزودن گازهای گلخانه ای مشتق از سوخت فسیلی غیرقابل انکار است، فابری و دیکسون امیدوارند که انتظار برای اقدامات محتاطانه در مورد دریاها کوتاه تر باشد.}

فابری گفت: «کاری که ما اکنون انجام می دهیم تأثیراتی در زندگی ما خواهد داشت. ما مطمئناً میراثی را برای فرزندان و نوه‌های خود به جا می‌گذاریم و آنها می‌پرسند که ما در مورد آن چه کردیم.»