Forskere finder sammenhæng mellem hurtigt smeltende arktisk is og havforsuring

Et internationalt hold af forskere har slået nye alarmklokker om den skiftende kemi i den vestlige del af det arktiske hav efter at have opdaget, at surhedsgraden stiger tre til fire gange hurtigere end havvande andre steder.

Holdet, som inkluderer University of Delaware havkemiekspert Wei-Jun Cai, identificerede også en stærk sammenhæng mellem den accelererede hastighed af smeltende is i regionen og hastigheden af ​​havforsuring, en farlig kombination, der truer overlevelsen af ​​planter, skaldyr, koralrev og andet havliv og biologiske processer i hele planetens økosystem.

Den nye undersøgelse, offentliggjort torsdag den 30. september i Science , er den første analyse af arktisk forsuring, der omfatter data fra mere end to årtier, der spænder over perioden fra 1994 til 2020.

Forskere har forudsagt, at i 2050 - hvis ikke før - vil arktisk havis i denne region ikke længere overleve de stadig varmere sommersæsoner. Som et resultat af dette havisens tilbagetog hver sommer, vil havets kemi blive mere sur, uden vedvarende isdække til at bremse eller på anden måde afbøde fremrykningen.

Det skaber livstruende problemer for den enormt forskelligartede befolkning af havdyr, planter og andre levende ting, der er afhængige af et sundt hav for at overleve. Krabber lever for eksempel i en skorpeskal bygget af det calciumcarbonat, der er udbredt i havvand. Isbjørne er afhængige af sunde fiskebestande til føde, fisk og havfugle er afhængige af plankton og planter, og skaldyr er et nøgleelement i mange menneskers kostvaner.

Det gør forsuring af disse fjerne farvande til en stor sag for mange af planetens indbyggere.

Først et hurtigt genopfriskningskursus om pH-niveauer, som angiver, hvor sur eller basisk en given væske er. Enhver væske, der indeholder vand, kan karakteriseres ved dens pH-niveau, som spænder fra 0 til 14, med rent vand betragtet som neutralt med en pH-værdi på 7. Alle niveauer lavere end 7 er sure, alle niveauer større end 7 er basiske eller alkaliske, med hvert hele trin repræsenterer en tifold forskel i hydrogenionkoncentrationen. Eksempler på den sure side omfatter batterisyre, som tjekker ind ved 0 pH, mavesyre (1), sort kaffe (5) og mælk (6,5). Vippes mod grundlæggende er blod (7.4), bagepulver (9.5), ammoniak (11) og afløbsrens (14). Havvand er normalt basisk med en pH-værdi på omkring 8,1.

Cai, Mary A.S. Lighthipe-professor ved School of Marine Science and Policy i UD's College of Earth, Ocean and Environment, har offentliggjort betydelig forskning i den skiftende kemi i planetens oceaner og gennemførte i denne måned et krydstogt fra Nova Scotia til Florida, hvor han fungerede som chefforsker blandt 27 ombord på forskningsfartøjet. Arbejdet omfatter fire studieområder:Østkysten, Den Mexicanske Golf, Stillehavskysten og Alaska/Arctic-regionen.

Den nye undersøgelse i Science inkluderet UD postdoc-forsker Zhangxian Ouyang, som deltog i en nylig rejse for at indsamle data i Chukchi-havet og Canada-bassinet i det arktiske hav.

Den første forfatter på publikationen var Di Qi, som arbejder med kinesiske forskningsinstitutter i Xiamen og Qingdao. Forskere fra Seattle, Sverige, Rusland og seks andre kinesiske forskningssteder samarbejdede også om denne publikation.

"Du kan ikke bare gå alene," sagde Cai. "Dette internationale samarbejde er meget vigtigt for at indsamle langtidsdata over et stort område i det fjerne ocean. I de senere år har vi også samarbejdet med japanske forskere, da adgangen til det arktiske vand var endnu sværere i de seneste tre år på grund af COVID- 19. Og vi har altid europæiske videnskabsmænd, der deltager."

Cai sagde, at han og Qi begge var forvirrede, da de første gang gennemgik de arktiske data sammen under en konference i Shanghai. Vandets surhedsgrad steg tre til fire gange hurtigere end havvand andre steder.

Det var virkelig fantastisk. Men hvorfor skete det?

Cai identificerede snart en hovedmistænkt:den øgede smeltning af havis i Arktis' sommersæson.

Historisk set er Arktis havis smeltet i lavvandede randområder i sommersæsonerne. Det begyndte at ændre sig i 1980'erne, sagde Cai, men voksede og aftog med jævne mellemrum. I de sidste 15 år er isafsmeltningen accelereret og bevæget sig ind i det dybe bassin i nord.

For et stykke tid troede forskerne, at den smeltende is kunne give en lovende "kulstofsænk", hvor kuldioxid fra atmosfæren ville blive suget ind i det kolde, kulstofhungrende vand, der havde været gemt under isen. Det kolde vand ville indeholde mere kuldioxid end varmere vand kunne og kunne være med til at opveje virkningerne af øget kuldioxid andre steder i atmosfæren.

Da Cai første gang studerede det arktiske hav i 2008, så han, at isen var smeltet ud over Chukchihavet i det nordvestlige hjørne af regionen, helt til Canada-bassinet - langt ud over dets typiske rækkevidde. Han og hans samarbejdspartnere fandt ud af, at det friske smeltevand ikke blandede sig i dybere vand, hvilket ville have fortyndet kuldioxiden. I stedet opsugede overfladevandet kuldioxiden, indtil det nåede nogenlunde samme niveauer som i atmosfæren og holdt derefter op med at opsamle det. De rapporterede dette resultat i en artikel i Science i 2010.

Det ville også ændre pH-niveauet i de arktiske farvande, vidste de, reducere havvandets alkaliske niveauer og reducere dets evne til at modstå forsuring. Men hvor meget? Og hvor hurtigt? Det tog dem endnu et årti at indsamle nok data til at udlede en fornuftig konklusion om den langsigtede forsuringstendens.

Ved at analysere data indsamlet fra 1994 til 2020 – første gang et så langsigtet perspektiv var muligt – fandt Cai, Qi og deres samarbejdspartnere en ekstraordinær stigning i forsuring og en stærk sammenhæng med den stigende hastighed af smeltende is.

De peger på havissmeltning som nøglemekanismen til at forklare dette hurtige pH-fald, fordi det ændrer overfladevandets fysik og kemi på tre primære måder:

• Vandet under havisen, som havde et underskud af kuldioxid, er nu udsat for atmosfærisk kuldioxid og kan frit optage kuldioxid.
• Havvandet blandet med smeltevand er let og kan ikke let blandes ind i dybere vand, hvilket betyder, at kuldioxiden fra atmosfæren er koncentreret ved overfladen.
• Smeltevandet fortynder karbonationkoncentrationen i havvandet, svækker dets evne til at neutralisere kuldioxiden til bikarbonat og sænker hurtigt havets pH.

Cai sagde, at der kræves mere forskning for yderligere at forfine ovenstående mekanisme og bedre forudsige fremtidige ændringer, men dataene indtil videre viser igen de vidtrækkende ringvirkninger af klimaændringer.

"Hvis al flerårsisen erstattes af førsteårsis, så vil der være lavere alkalinitet og lavere bufferkapacitet, og forsuringen fortsætter," sagde han. "I 2050 tror vi, at al isen vil være væk om sommeren. Nogle aviser forudsiger, at det vil ske i 2030. Og hvis vi følger den nuværende tendens i 20 år mere, vil sommerforsuringen være rigtig, rigtig stærk."

Ingen ved præcis, hvad det vil gøre ved de skabninger og planter og andre levende ting, der er afhængige af sundt havvand.

"Hvordan vil det påvirke biologien der?" spurgte Cai. "Det er derfor, det er vigtigt." + Udforsk yderligere

Internationalt hold rapporterer, at havforsuring spreder sig hurtigt i det arktiske hav