Forskere peger på, hvordan havforsuring svækker koralskeletter

Den stigende surhedsgrad i havene truer koralrevene ved at gøre det sværere for koraller at bygge deres skeletter. En ny undersøgelse identificerer detaljerne om, hvordan havforsuring påvirker koralskeletter, giver videnskabsfolk mulighed for at forudsige mere præcist, hvor koraller vil være mere sårbare.

Koraller vokser deres skeletter opad mod sollys og gør dem også tykkere for at forstærke dem.

Den nye forskning, ledet af forskere ved Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), viser, at havforsuring især hæmmer fortykningsprocessen - mindsker skeletternes tæthed og efterlader dem mere sårbare over for brud. Undersøgelsen blev offentliggjort i dag i Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Vores forskning inkorporerer nuancerne af koralskeletvækst, muliggør mere præcise fremskrivninger af, hvordan hvor, og hvor meget, havforsuring vil påvirke koraller, der bygger tropiske rev, " sagde Nathaniel Mollica, der er hovedforfatter af undersøgelsen og en kandidatstuderende i MIT-WHOI Joint Program in Oceanography. Forskerholdet inkluderede også Weifu Guo, Anne Cohen, og Andrew Solow (WHOI), Kuo-Fang Huang (Academia Sinica i Taiwan), og Hannah Donald og Gavin Foster (University of Southampton i England).

Forskerholdet udviklede en numerisk model, der simulerede denne detaljerede skeletvækstmekanisme og koblede den med forventede ændringer i havets pH (et mål for dets surhedsgrad) induceret af globale klimaændringer. Resultaterne viste, at fald i koralskeletdensiteten vil forekomme på mange koralrev. Virkningen vil være særlig stærk i Indo-Stillehavsområdet, med op til 20 procent reduktioner i tætheden af ​​koralskeletter inden 2100 i dele af koraltrekanten - området afgrænset af Indonesiens farvande, Malaysia, Filippinerne, Papua Ny Guinea, Timor Leste, og Salomonøerne. Koraller i Caribien, Hawaii og det nordlige Røde Hav kunne klare sig bedre, forfatterne siger, med fald på mindre end 10 procent alene forårsaget af havforsuring.

"Denne meget vigtige undersøgelse fastslog den specifikke måde, hvorpå en koralart påvirkes af havforsuring og modellerede effekten af ​​fremtidige miljøforhold, " sagde David Garrison, direktør for National Science Foundations Biologisk Oceanografi-program, som finansierede en stor del af forskningen, sammen med The Robertson Foundation og Woods Hole Oceanographic Institution.

Koralskeletter er lavet af aragonit, en form for calciumcarbonat. Koraller vokser deres skeletter opad ved at stable bundter af aragonitkrystaller, den ene oven på den anden. På samme tid, de fortykker disse bundter med yderligere krystaller, som styrker skeletterne og hjælper dem med at modstå brud forårsaget af strømme, bølger, storme, og kedeligt og bidende af orme, bløddyr, og papegøjefisk.

"Koralrev er blandt de mest forskelligartede økosystemer på Jorden, med enorme kulturelle, økologiske, og økonomisk værdi, sagde Anne Cohen, en videnskabsmand ved WHOI og medforfatter til undersøgelsen. Rev står over for flere belastninger, herunder stigende havniveauer, ændrede næringsstoffer, og varmere havtemperaturer, hun sagde, men i modsætning til havopvarmning, som forårsager synlig blegning, virkningen af ​​havforsuring er mere lumsk og svær at opdage, og dermed sværere at forudsige.

Havforsuring er forårsaget af stigende niveauer af kuldioxid i atmosfæren, mest fra afbrænding af fossile brændstoffer. Kuldioxiden (CO2) absorberes af havvand, sætter kemiske reaktioner i gang, der producerer bicarbonat (HCO3-) og carbonat (CO32-) ioner. Koralpolypper - de små levende, bløde koraldyr - bringer havvand ind, der indeholder HCO3-, CO32- og calcium (Ca2+) ioner til et "forkalkningsrum" mellem dets celler og overfladen af ​​det eksisterende skelet. De pumper hydrogenioner (H+) ud af dette rum for at producere flere carbonationer (CO32-) ioner, gør det nemmere at lave calciumcarbonat (CaCO3) til deres skeletter. Men når havene absorberer overskydende CO2, som det sker nu, der er flere HCO3-ioner, men færre CO32-ioner i havvand, gør det sværere for koraller at samle skeletter.

Laboratorieforsøg og feltstudier, imidlertid, har været tvetydige, viser klare negative virkninger af havforsuring på skeletvækst i nogle tilfælde, men ikke i andre. Den nye forskning tyder på, at denne inkonsekvens til dels afspejler den nyfundne kompleksitet af koralskeletvækst.

For at teste denne teori, forskerne tog kerner af skeletter fra en almindelig type revbyggende koraller kaldet Porites fire steder:Palau, Dongsha Atoll i Det Sydkinesiske Hav, Green Island ud for Taiwan, og Saboga i Panama, hvor havvandsforholdene spændte over en bred vifte af pH-niveauer og karbonationkoncentrationer. De brugte en 3-D computertomografi (CT) scanner til at afbilde skeletkernerne, som afslører årlige vækstbånd, meget som ringe på et træ. Fra scanningerne, de var i stand til at skelne og særskilt kvantificere de opadgående og fortykkende komponenter i koralvæksten. Deres analyse afslørede en konsekvent korrelation:Skeletterne af koraller i mere sure (lavere pH og færre karbonationer) vand var betydeligt tyndere. Imidlertid, de fandt ingen sammenhæng mellem opadgående vækst og carbonationkoncentration.

For bedre at forstå disse processer, forskerne undersøgte koralvækstprocessen og viste, at når pH og karbonationer falder i det omgivende havvand, det samme gør koncentrationer af karbonationer i korallernes forkalkningsrum. Følgelig, korallerne kan ikke producere så meget aragonit til at gøre skelettet tykkere. Korallerne fortsætter med at investere i opadgående vækst, men "fortætning" eller fortykkelse lider. Som resultat, koraller i vand med lavere pH bygger tyndere skeletter, der er mere modtagelige for skader fra bankende bølger eller angreb fra eroderende organismer.

Forskerholdet analyserede yderligere offentliggjorte data om mere end 100 Porites koralskeletkerner taget af andre forskere mange steder, hvor den omgivende havvandskemi også er kendt. Analyserne validerede holdets foreslåede mekanisme for, hvordan havvandskemi påvirker tætheden af ​​koralskeletter.

Forskerne bemærker, at havforsuring ikke sker isoleret, og at andre ændringer som havopvarmning også vil påvirke koralvæksten.

"Vores næste skridt er at udvide vores model til at inkorporere virkningerne af flere stressfaktorer på korallers skeletvækst, " sagde Weifu Guo, en geokemiker ved WHOI og undersøgelsens ledende efterforsker. "Ved at kende detaljerne om, hvordan de forskellige facetter af havændringer vil påvirke koraller, vil vi sætte os i stand til kvantitativt at projicere banen for koraller, der bygger rev under det 21. århundredes klimaændringer."