At blive varmere - forstå trusler mod havets sundhed

Det globale hav dækker 70 procent af vores planet, gør jorden beboelig, og bidrager til økonomier, mad forsyninger, og vores helbred. Alligevel er havet i stigende grad truet af den voksende mængde kuldioxid i atmosfæren.

To Lamont-Doherty Earth Observatory-forskere tilknyttet Center for Climate and Life leder forskningsprojekter, der undersøger nogle af de måder, klimaændringer påvirker havets sundhed på. Begge forskere bruger de fossile rester af havdyr som naturlige optegnere af tidligere klimaændringer og marine økosystemændringer. De oplysninger, de får fra disse, giver fingerpeg om, hvordan det fremtidige hav og dets indbyggere kan blive formet af klimaændringer.

Deres studier er delvist finansieret af centrets partnerskab med World Surf League PURE, som gør det muligt for Lamont-Doherty-forskere at forfølge kritisk forskning, der fremmer forståelsen af ​​klimapåvirkninger på havet.

Havforsuring:Det andet kuldioxidproblem

Bärbel Hönisch, en marin geokemiker, studerer, hvordan havvands kemi ændrede sig gennem tiden. I dag, havet bliver mere surt på grund af den stigende koncentration af kuldioxid i jordens atmosfære, omkring 30 procent af dem absorberes af havet. Selvom denne proces hjælper med at minimere den globale opvarmning, opløsningen af ​​kuldioxid i havet fører til dannelsen af ​​kulsyre. Som navnet antyder, tilsætning af kulsyre gør havvandet mere surt, og denne 'havforsuring' gør det sværere for forkalkende organismer som koraller, bløddyr, og noget plankton til at bygge deres skaller og skeletter.

Den nuværende pH i havet er omkring 8,1, svarende til en stigning på 25 procent i surhedsgraden over de seneste 200 år. Efterhånden som mængden af ​​kuldioxid i atmosfæren fortsætter med at stige, forskere forventer, at havvandets surhedsgrad stiger yderligere 25 procent i slutningen af ​​det 21. århundrede. Dette niveau af forsuring svarer til det for Paleocæn-Eocæn Thermal Maximum (PETM), som fandt sted for omkring 56 millioner år siden. Under PETM, en pludselig stigning i atmosfærisk kuldioxid faldt sammen med hurtig opvarmning og havvandsforsuring - forhold, der varede i 70, 000 år eller mere.

Hönisch analyserer skallerne af bittesmå planktonorganismer kaldet foraminiferer, der blev bevaret i dybhavssedimenter i denne og andre tidsperioder, som genvindes fra havbunden ved dybhavsboring. Hendes mål er at kvantificere ændringer i havet, der opstod på grund af tidligere klimaændringer, og for at afgøre, om og hvordan marine organismer tilpassede sig disse skiftende forhold:Har nogle organismer udviklet sig og trives? Uddøde nogle?

Hönisch bruger sin bevilling fra Center for Klima og Liv til at besvare disse spørgsmål. Som en del af hendes projekt, hun og hendes forskerhold er ved at skabe en tidslinje, der beskriver tidligere niveauer af havsyreindhold og foraminifers følsomhed over for miljøændringer. Dette vil hjælpe dem med at bestemme, hvordan tidligere havtemperaturer og surhedsgrad påvirkede kalkholdige marine organismers evne til at bygge og vedligeholde deres skaller. Deres resultater kan også forbedre forudsigelser af konsekvenserne af fremtidige økosystemændringer.

"Vores forskning har vist, at opvarmningen på to grader celsius ved slutningen af ​​sidste istid havde en stærkere effekt på foraminifer-arters overflod og breddegradsvandring end 0,15 enheders forsuring af overfladehavet, " sagde Hönisch. "Så på nogle måder, man kan sige, at opvarmning er en større miljøstressor end forsuring, i det mindste for planktiske foraminiferer med denne specifikke grad af opvarmning og forsuring. Imidlertid, opvarmning og forsuring vil også gå hånd i hånd i fremtiden, og deres respektive effekter vil stige."

Hönisch forklarede også, at virkningerne af stigende temperaturer og forsuring af havvand ikke vil være de samme i hele det globale hav. "Der vil være meget variation i forholdene i havet, " sagde hun. "Der kan være tilflugtssteder, hvor visse organismer kan overleve."

Selvom observationer af tidligere havforandringer kan virke dystre, Hönisch bemærkede, at mange marine organismer er ekstremt modstandsdygtige over for miljøændringer. Selv den ødelæggende virkning af Chicxulub-asteroiden for 66 millioner år siden udslettede ikke helt livet i havet, så der er håb for marine organismers overlevelse på trods af vores hurtigt forsurende have.

Hönischs forskning viser, hvordan information om tidligere fænomener kan være nyttige i dag, og i fremtiden, hvis vi studerer og lytter til deres budskaber, hvilken, I dette tilfælde, er blevet efterladt til os i sedimenter på bunden af ​​havet.

Koraller:Et vindue til tidligere klima

Brad Linsley, en palæoklimaforsker ved Lamont-Doherty Earth Observatory, rekonstruerer tidligere klima ved hjælp af koraller og sedimenter for at lære, hvordan ændringer i globale temperaturer, saltholdighed i havet, og atmosfærisk hydrologi varierede i fortiden. Det gør han ved at analysere mikrofossiler, der er bevaret i dybhavssedimenter og kerner taget fra massive koraller.

De enorme revkoraller Linsely -prøver vokser et skelet med en hastighed på cirka en centimeter om året. Når skelettet vokser opad, korallen genererer skiftevis båndkupletter med lav tæthed og høj tæthed med en hastighed på én kuplet hvert år. Disse tæthedsbånd er synlige i røntgenbilleder af afskårne plader af koralkernerne og bruges af videnskabsmænd til at vejlede næsten månedlige opløsningsprøver og til at hjælpe med at generere detaljerede aldersmodeller.

Geokemiske sporstoffer målt i en korals skelet er følsomme over for vandtemperatur, saltholdighed, flodudledning, og andre miljøparametre. Da sunde koraller vokser kontinuerligt hele året og kan leve i flere århundreder, massive koraller kan bruges til at oprette kontinuerlige registreringer af tidligere ændringer i vandtemperatur, saltholdighed, og andre forhold, der strækker sig flere århundreder tilbage.

Den længste plade Linsley har arbejdet på går tilbage til 1521 og er fra Amerikansk Samoa. Andre optegnelser fra Panama, Fiji, Cookøerne, og Tonga strækker sig tilbage til begyndelsen af ​​1600-tallet. Evnen til at generere disse detaljerede og nøjagtige kronologier af tidligere miljøforhold er det, der gør koraller så værdifulde som palæoklimaarkiver.

Nogle af Linsleys nyere forskning fokuserer på koralblegningsbegivenheder, som forekommer med stigende hyppighed, efterhånden som temperaturen i havet stiger. Små alger lever i korallernes væv - det er dem, der giver koraller deres klare farver - og har et symbiotisk forhold til koraldyrene. For eksempel, korallerne giver algerne en rig forsyning af kuldioxid, og algerne giver korallerne deres vigtigste fødekilde.

Koraller er ekstremt følsomme over for temperaturændringer, og når havets temperatur stiger, selv en grad celsius, koraller bliver stressede. Når dette sker, algerne fordrives fra korallerne, resulterer i "blegede" hvide koralstrukturer. Under en blegningsbegivenhed, alger forsvinder muligvis ikke ensartet fra koraller, skyldes blandt andet, at der kan være mange forskellige arter af alger til stede på en koralformation. I nogle tilfælde, koraller kan komme sig, men hvis vandet forbliver varmt, korallerne vil normalt dø.

"Engang bestemt, stedspecifik temperaturtærskel opretholdes i et bestemt antal uger, mange koraller vil blegne. Imidlertid, andre belastninger kan også forårsage koraldød, som nogle gange er svære at skelne fra blegning, " sagde Linsley.

Koralblegningshændelser har fundet sted rundt om i verden på samme tid som nogle El Niño-begivenheder, som får en region med varmt vand til at udvikle sig langs ækvator i det centrale og østlige Stillehav. Der kan være en sammenhæng mellem de to, men det nøjagtige mønster er stadig uklart; Linsley sagde, at på Stillehavets side af Panama, et af hans studiesteder, koralblegning ser ud til at falde sammen med visse meget stærke El Niño-begivenheder.

I løbet af Linsleys karriere, han har studeret koralblegningsbegivenheder i Panama, Fiji, og Tonga. Seneste, i marts 2018, han vendte tilbage til Panama for at undersøge en blegningsbegivenhed for anden gang - en tur, der blev støttet af Center for Klima og Liv.

I Panama, Linsley og hans team indsamlede fem koralkerner fra et område i Chiriquí-bugten, ved Stillehavskysten. Vandtemperaturen i regionen er generelt 32 grader Celsius, eller 89,6 grader Fahrenheit, med kun to grader af sæsonvariation. Der er meget lidt menneskelig udvikling i området, så mange mangroveskove forbliver langs den ubebyggede kystlinje. Vindene i regionen bevæger sig fra øst til vest og en vindskygge, der blokerer for passatvindene; der er både direkte nedbør i havet og afstrømning fra landet.

Korallerne registrerer al denne miljøaktivitet og, gennem forskellige analyser, Linsley bruger de kerner, han indsamlede i Panamá, til at rekonstruere historien om koralblegning og hydrologiske ændringer i regionen tilbage til midten af ​​1800-tallet. Linsleys resultater vil i sidste ende forbedre forståelsen af ​​sæsonbestemte og årtiers ændringer i nedbør i Mellemamerika.

Disse oplysninger vil hjælpe regionen med at reagere på klimapres på flere måder. Landbrugsvirksomhed, regeringer, og landmænd kan bruge det til at planlægge fremtidige udsving i nedbør og implementere effektiv afgrødeforvaltningspraksis. Viden vil også hjælpe Panamá Canal Authoritys indsats, som driver Panama Canal Locks, opbygge modstandskraft og tilpasse sig ændringer i nedbør. Der kræves en stor mængde vand for at flytte skibe gennem sluserne uden brug af pumper, så mangel på nedbør kan resultere i dyre forstyrrelser for skibstrafikken gennem Panama-kanalen.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.