Klimaændringer kan ændre havets fødekæder, hvilket fører til langt færre fisk i havet

Klimaændringer varmer hurtigt jorden og ændrer økosystemer på land og til søs, der producerer vores mad. I havene, mest tilført varme fra klimaopvarmning er stadig nær overfladen og vil tage århundreder at arbejde ned i dybere farvande. Men som dette sker, det vil ændre havcirkulationsmønstre og gøre havets fødekæder mindre produktive.

I en nylig undersøgelse, Jeg arbejdede sammen med kolleger fra fem universiteter og laboratorier for at undersøge, hvordan klimaopvarmning til år 2300 kan påvirke marine økosystemer og det globale fiskeri. Vi ville vide, hvordan vedvarende opvarmning ville ændre forsyningen af ​​vigtige næringsstoffer, der understøtter lille plankton, som igen er mad til fisk.

Vi fandt ud af, at opvarmning i denne skala ville ændre nøglefaktorer, der driver marine økosystemer, herunder vind, vandtemperaturer, havis og havcirkulation. De resulterende forstyrrelser ville overføre næringsstoffer fra overfladevand ned i det dybe hav, efterlader mindre på overfladen for at understøtte planktonvækst.

Efterhånden som marine økosystemer bliver mere og mere næringssultede over tid, vi vurderer, at den globale fiskefangst kan reduceres med 20 procent med 2300, og med næsten 60 procent på tværs af Nordatlanten. Dette ville være en enorm reduktion i en vigtig fødekilde for millioner af mennesker.

Ocean fødevareproduktion og den biologiske pumpe

Marine fødevareproduktion starter, når solen skinner på havets overflade. Encellet, for det meste mikroskopiske organismer kaldet fytoplankton - havenes planter - bruger sollys til at fotosyntetisere og vokse i en proces kaldet primær nettoproduktion. De kan kun gøre dette i det solbelyste overfladelag af havet, ned til omkring 100 meter (330 fod). Men de har også brug for næringsstoffer for at vokse, især nitrogen og fosfor, som kan være knappe i overfladevand.

Fytoplankton forbruges af zooplankton (bittesmå dyr), som igen giver mad til små fisk, og så videre hele vejen op i fødekæden til de bedste rovdyr som delfiner og hajer. Uforbrugt planteplankton og andet organisk stof, såsom død zooplankton og fisk, nedbrydes i overfladevand, frigiver næringsstoffer, der understøtter ny vækst af fytoplankton.

Noget af dette materiale synker ned i det dybere hav, levere mad til dybhavsøkosystemer. Kulstof, nitrogen, fosfor og andre næringsstoffer i dette synkende organiske stof nedbrydes i sidste ende og frigives i dybden.

Denne proces, som er kendt som den biologiske pumpe, fjerner løbende næringsstoffer fra overfladevand og overfører dem til det dybere hav. Under normale forhold, vind og strøm forårsager blanding, der til sidst bringer næringsstoffer tilbage til det solbelyste overfladevand. Hvis dette ikke skete, planteplanktonet ville til sidst løbe tør for næringsstoffer, hvilket ville påvirke hele havets fødekæde.

Havis, vind og næringsstofopvækst

Næringsstoffer, der synker til det dybe hav, vender til sidst tilbage til overfladen hovedsageligt i det sydlige hav omkring Antarktis. Nord for Antarktis, stærk vestlig vind skubber overfladevand væk fra Antarktis. Da dette sker, dybe havvande, der er rige på næringsstoffer, stiger op til overfladen rundt om Antarktis, erstatte de farvande, der bliver skubbet væk. Zonen, hvor denne opstigning sker, kaldes Antarctic Divergence.

I dag er der ikke meget vækst af planteplankton i det sydlige hav. Kraftig havisdækning forhindrer meget sollys i at nå havene. Koncentrationer af jern (et andet vigtigt næringsstof) i vandet er lave, og kolde vandtemperaturer begrænser planktonvæksthastigheder. Som resultat, mest nitrogen og fosfor, der vokser op i dette område, strømmer nordpå i overfladevand. Til sidst, når disse næringsstoffer når varmere farvande på de lavere breddegrader, de understøtter planktonvækst i det meste af Stillehavet, Indiske og atlantiske oceaner.

Fangst af næringsstoffer i det dybe hav

Vores undersøgelse viste, at vedvarende, global opvarmning fra flere århundreder kan kortslutte denne proces, forlader alle havområder nord for denne antarktiske zone i stigende grad sultet efter nitrogen og fosfor.

Vi brugte en klimamodelsimulering, der antog, at nationer fortsatte med at bruge fossile brændstoffer, indtil de globale reserver var opbrugt. Denne klimasti ville øge den gennemsnitlige overfladelufttemperatur med 9,6 grader Celsius (17,2 grader Fahrenheit) med 2300-næsten 10 gange opvarmningen ud over præindustrielle niveauer registreret indtil nu. Forskere ved allerede, at polerne varmes hurtigere op end resten af ​​planeten, og i dette scenario fortsætter dette mønster. Til sidst ville havene ikke længere fryse over i nærheden af ​​polerne, selv om vinteren.

Varmere havvand uden havis, hjulpet af skift i vinde, der også er drevet af stærk klimaopvarmning, ville i høj grad forbedre vækstbetingelserne omkring Antarktis for planteplankton. Denne øgede vækst ville fange næringsstoffer, der breder sig nær Antarktis, forhindrer dem i at strømme nordpå og understøtter økosystemer på lav breddegrad over hele verden.

I vores simulering, disse fangede næringsstoffer blander sig til sidst tilbage til det dybe hav og ophobes der. Kvælstof- og fosforkoncentrationer i de øverste 1, 000 meter (3, 300 fod) af havet falder støt. I det dybe hav, under 2, 000 meter, de stiger støt.

Langt færre fisk

Efterhånden som marine økosystemer bliver mere og mere næringssultede, vækst af planteplankton og primær nettoproduktion i de fleste af verdens oceaner ville falde. Vi vurderer, at da disse virkninger risler op i fødekæden, globale fiskemængder kan reduceres med 20 procent med 2300, med fald på mere end 50 procent på tværs af Nordatlanten og flere andre regioner. I øvrigt, i slutningen af ​​vores simulering foregik der stadig nettooverførsel af næringsstoffer til det dybe hav, hvilket tyder på, at økosystemets produktivitet og potentielle fiskeri fangster vil falde endnu mere end 2300.

Til sidst, efter mere end tusind år, det meste af kuldioxid, som menneskelige aktiviteter har tilføjet atmosfæren, vil blive optaget af havene, og Jordens klima vil køle ned igen. Havis vender tilbage til polarhavene, undertrykke fytoplanktonvækst omkring Antarktis og tillade flere velopbyggede næringsstoffer at strømme nordpå igen til lavere breddegrader. Men selv da, det vil tage århundreder mere før havcirkulationen fuldt ud genopfylder næringsstoffer i det øvre hav.

Havressourcer er allerede stresset i dag. Omkring 90 procent af verdens havfiskeri er fuldt fisket eller overfisket. Verdens befolkning forventes at stige fra 7,3 milliarder i 2015 til 11 milliarder i 2100. De virkninger, vi fandt i vores undersøgelse, ville få alvorlige konsekvenser for den globale fødevaresikkerhed. Udvidelse af akvakultur, eller endnu mere drastiske trin såsom direkte befrugtning af havene for at anspore planktonvækst, ville ikke engang være i nærheden af ​​at gøre op med tabet af næringsstoffer til det dybe hav drevet af vedvarende global opvarmning.

Vores simulering var baseret på et stærkt klimaopvarmningsscenario. Mere forskning er nødvendig for at undersøge, hvor varmt klimaet skal have for at smelte havis og starte næringsindfangning i det sydlige hav. Men dette er klart et vendepunkt, som vi ikke vil krydse.

Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation. Læs den originale artikel.