Деоксигенация океана
В глобальном масштабе океаны потеряли около 2% растворенного кислорода с 1950-х годов и, как ожидается, потеряют около 3–4% к 2100 году при обычном сценарии (репрезентативный путь концентрации 8.5), хотя масштаб эффекта прогнозируется. варьироваться в зависимости от региона. Большая часть потерь кислорода сосредоточена в верхней части 1000 м, где видовое богатство и изобилие являются самыми высокими. Даже незначительное общее снижение уровня кислорода, растворенного в океанах, может вызвать кислородный стресс у морских организмов, лишив их адекватного снабжения кислородом на тканевом уровне (гипоксия).
Потеря кислорода в океане имеет две основные причины:
Деоксигенация, вызванная потеплением океана: Более теплая океанская вода содержит меньше кислорода и обладает большей плавучестью, чем более холодная вода. Это приводит к уменьшению смешивания насыщенной кислородом воды у поверхности с более глубокими водами, которые естественным образом содержат меньше кислорода. Более теплая вода также повышает потребность живых организмов в кислороде. В результате для морских обитателей доступно меньше кислорода.
Чрезмерный рост водорослей: Слив удобрений, сточные воды, отходы животноводства, аквакультура и осаждение азота в результате сжигания ископаемого топлива способствуют чрезмерному росту растительности — процессу, известному как эвтрофикация, который в основном затрагивает прибрежные районы. Ожидается, что потепление океанских вод вызовет дальнейшую потерю кислорода в богатых питательными веществами прибрежных районах, что усугубит ситуацию.
В результате этих процессов расширяются районы океана с исторически очень низкой концентрацией кислорода, а новые регионы демонстрируют условия с низким содержанием кислорода. В 2011 году во всем мире было зарегистрировано около 700 мест с низким содержанием кислорода — по сравнению с 45 до 1960-х годов. Объем бескислородных океанских вод — областей, полностью обедненных кислородом, — увеличился в четыре раза с 1960-х годов. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что повышение температуры объясняет около 50% потери кислорода в верхних 1000 м океана.
Основные причины деоксигенации океана, вызванные поступлением питательных веществ с суши и потеплением открытого океана, и то, как они взаимодействуют.
изменено после Stramma et al. 2010
Наибольшие потери кислорода наблюдаются на глубине 100–300 м в тропиках и северной части Тихого океана, Южном и Северном Ледовитом океанах и южной части Атлантического океана.
Потери кислорода в океане, вызванные избыточным органическим веществом и ростом водорослей, а также угрозы, которые они представляют для экосистемных услуг, задокументированы во многих регионах, но, вероятно, занижены в других. С другой стороны, потеря кислорода, вызванная потеплением океана, была обнаружена совсем недавно и до конца не изучена.Эти две причины также могут взаимодействовать: потеря кислорода, вызванная потеплением, приводит к гипоксии прибрежных районов и может способствовать резкому увеличению числа сообщений о гипоксии прибрежных районов.
Деоксигенация является одним из многочисленных антропогенных стрессовых факторов, влияющих на морские экосистемы. Поскольку дыхание потребляет кислород и выделяет углекислый газ, деоксигенация океана часто сопровождается закислением океана, что делает необходимым совместное смягчение этих факторов стресса. Точно так же потепление океана снижает поступление кислорода, но увеличивает потребности морских организмов в кислороде, что делает критическим понимание комбинированного воздействия этих факторов стресса.
Глобальное распространение дезоксигенации в прибрежной и глобальной части океана. В прибрежной зоне инвентаризировано более 500 участков с низким содержанием кислорода, а в открытом океане протяженность вод с низким содержанием кислорода составляет несколько миллионов км³.
Брейтбург и др. 2018
Почему это важно ?
Океан представляет собой 97% физического обитаемого пространства на планете и играет центральную роль в поддержании жизни на Земле. Потеря кислорода из океана окажет серьезное воздействие на морское биоразнообразие и функционирование океанских экосистем. Многое остается неизвестным в отношении долгосрочных последствий для здоровья человека, социальных и экономических последствий потери кислорода в океане.
Практически все экосистемные услуги океана, обеспечивающие людей продовольствием, требуют кислорода для поддержки роста и производства организмов. Кислород необходим для поддержания жизни всех рыб и беспозвоночных, а деоксигенация уже вызывает измеримое сокращение видов рыб. Некоторые из наиболее продуктивных биомов океана, обеспечивающие пятую часть мирового улова дикой морской рыбы, формируются океанскими течениями, которые приносят богатую питательными веществами, но бедную кислородом воду к побережьям, расположенным вдоль восточных краев мировых океанских бассейнов. Как системы с низким содержанием кислорода, эти районы особенно уязвимы для обескислороживания океана, и такие последствия могут распространяться и затрагивать сотни миллионов людей.Деградация среды обитания, вызванная гипоксией, вызванной изменением климата, и усилением цветения водорослей может привести к сокращение уловов для рыболовства и возможное сокращение региональных запасов.
Деоксигенация океана начала изменять баланс морской жизни, отдавая предпочтение устойчивым к гипоксии видам (например, микробам, медузам и некоторым кальмарам) за счет чувствительных к гипоксии видов (многие морские виды, включая большинство рыб). Крупные виды, такие как тунец, марлин, рыба-меч и акулы, особенно чувствительны к условиям низкого содержания кислорода в окружающей среде из-за их большого размера и вытесняются во все более узкие поверхностные слои богатых кислородом вод. Изменения в распределении видов рыб могут иметь серьезные негативные социально-экономические последствия: когда популяции рыб уменьшаются в численности или удаляются от традиционных промысловых участков, рыбакам может быть трудно адаптироваться.
Деоксигенация океана может также влиять на движение газов между океаном и атмосферой. Деоксигенированные более глубокие воды океана производят парниковые газы, такие как закись азота, двуокись углерода и метан, которые могут достигать поверхности океана и выбрасываться в атмосферу, способствуя дальнейшему потеплению.
Что может быть сделано ?
Чтобы обратить вспять потерю кислорода, люди, промышленность и правительства должны срочно сократить выбросы углекислого газа и уменьшить загрязнение океана питательными веществами. Деоксигенацию, вызванную потеплением, нелегко обратить вспять, но ее можно значительно замедлить за счет уменьшения выбросов парниковых газов. Без сокращения выбросов парниковых газов запасам кислорода в океане, вероятно, потребуются столетия, чтобы восстановиться после потепления, прогнозируемого в соответствии со сценариями выбросов в обычном режиме. Сокращение антропогенного потепления за счет сокращения вызывающих изменение климата выбросов от сжигания ископаемого топлива может предотвратить широкомасштабную потерю кислорода в океане и позволить в некоторой степени восстановить уровень кислорода.
Питательные стоки от сельского хозяйства, а также очищенные и неочищенные сточные воды вносят основной вклад в истощение запасов кислорода в прибрежных водах, приводя к чрезмерному обогащению вод питательными веществами. Решения для уменьшения стока питательных веществ могут быть адаптированы к местным потребностям и экономике. Эффективные стратегии сокращения содержания питательных веществ включают в себя введение законодательства, ограничивающего сток, установление конкретных целей и использование мониторинга для выявления проблем. Нам тоже нужно лучше защищать морские экосистемы для сохранения морского генетического биоразнообразия и обеспечения возможности восстановления жизни в океане при условии сокращения выбросов углекислого газа.
