Индикаторы изменения климата: кислотность океана

Этот индикатор описывает изменения в химическом составе океана, связанные с количеством углекислого газа, растворенного в воде.

• Фигура 1. Уровни углекислого газа в океане и кислотность, 1983–2018 гг.

На этом рисунке показана взаимосвязь между изменениями уровня углекислого газа в океане (измеряется в левом столбце как парциальное давление — распространенный способ измерения количества газа) и кислотностью (измеряется как pH в правом столбце). Данные поступают с двух станций наблюдения в северной части Атлантического океана (Бермуды и Канарские острова), одной в Карибском море (Кариако) и одной в Тихом океане (Гавайи). Модель вверх и вниз показывает влияние сезонных колебаний. Источники данных: Бейтс, 2016 г.; 7 Гонсалес-Давила, 2012 г.; 8 Университет Южной Флориды, 2021 г.; 9 Гавайский университет, 2021 г. 10
Веб-обновление: апрель 2021 г.

Фигура 2. ИЗМЕНЕНИЯ НАСЫЩЕННОСТИ АРАГОНИТОМ МИРОВОГО ОКЕАНА, 1880–2015 гг.

На этой карте показаны изменения уровня насыщения арагонитом поверхностных вод океана в период с 1880-х годов по последнее десятилетие (2006–2015 годы). Арагонит — это форма карбоната кальция, которую многие морские животные используют для построения своих скелетов и раковин. Чем ниже уровень насыщения, тем труднее организмам строить и поддерживать свои скелеты и оболочки. Отрицательное изменение представляет собой уменьшение насыщенности. Источник данных: Океанографический институт Вудс-Хоул, 2016 г. 1 1
Веб-обновление: Август 2016

Шкала рН

Кислотность обычно измеряют по шкале рН. Чистая вода имеет рН около 7, что считается нейтральным. Вещество с рН менее 7 считается кислым, а вещество с рН более 7 считается основным или щелочным. Чем ниже рН, тем кислее вещество. Как и известная шкала Рихтера для измерения землетрясений, шкала pH основана на степени 10, что означает, что вещество с pH 3 в 10 раз более кислое, чем вещество с pH 4. Для получения дополнительной информации о pH см. посетите: www.epa.gov/acidrain/what-acid-rain. Источники: Environment Canada, 2008 г., 5 с дополнительными данными IPCC, 2014 г. 6
Веб-обновление: Август 2016

Ключевые моменты

• Измерения, проведенные за последние несколько десятилетий, показали, что уровень углекислого газа в океане повысился в ответ на увеличение содержания углекислого газа в атмосфере, что привело к повышению кислотности (то есть снижению pH) (см. рис. 1).
• Историческое моделирование показывает, что с 1880-х годов увеличение содержания углекислого газа привело к снижению уровня насыщения арагонита в океанах по всему миру, что затрудняет создание и поддержание скелета и раковины некоторых организмов (см. Рисунок 2).
• Наибольшее снижение насыщения арагонитом произошло в тропических водах (см. рис. 2); однако снижение в холодных районах может вызывать большую озабоченность, потому что более холодные воды обычно имеют более низкие уровни насыщения арагонитом с самого начала. 4

Фон

Океан играет важную роль в регулировании количества углекислого газа в атмосфере. По мере повышения концентрации углекислого газа в атмосфере (см. индикатор «Атмосферные концентрации парниковых газов») океан поглощает больше углекислого газа. Из-за медленного времени перемешивания поверхностных и более глубоких вод установление этого баланса может занять от сотен до тысяч лет.За последние 250 лет океаны поглотили около 28 процентов углекислого газа, произведенного в результате деятельности человека. 1

Хотя способность океана поглощать углекислый газ не позволяет атмосферному уровню подниматься еще выше, повышение уровня углекислого газа, растворенного в океане, может оказать негативное влияние на некоторых морских обитателей. Углекислый газ реагирует с морской водой с образованием угольной кислоты. Возникающее в результате повышение кислотности (измеряемое более низкими значениями pH) изменяет баланс минералов в воде. Это затрудняет для кораллов, некоторых видов планктона и других существ производство минерала, называемого карбонатом кальция, который является основным компонентом их твердых скелетов или раковин. Таким образом, снижение pH может затруднить развитие этих животных. Это может привести к более масштабным изменениям в общей структуре океанических и прибрежных экосистем и, в конечном счете, повлиять на популяции рыб и людей, которые от них зависят. 2 В некоторых местах уже начинают появляться признаки повреждения. 3

Хотя изменения pH океана и насыщенности минералами, вызванные поглощением атмосферного углекислого газа, обычно происходят в течение многих десятилетий, эти свойства могут колебаться в течение более коротких периодов, особенно в прибрежных и поверхностных водах. Например, усиление фотосинтеза днем ​​и летом приводит к естественным колебаниям рН. Кислотность также зависит от температуры воды.

Об индикаторе

Этот индикатор описывает тенденции изменения pH и связанных с ним свойств океанской воды на основе комбинации прямых наблюдений, расчетов и моделирования.

На рис. 1 показаны значения pH и уровни растворенного диоксида углерода в четырех местах, где в течение последних нескольких десятилетий последовательно проводились измерения. Эти данные были либо измерены непосредственно, либо рассчитаны на основе связанных измерений, таких как растворенный неорганический углерод и щелочность.Данные поступают с двух станций в Атлантическом океане (Бермудские острова и Канарские острова), одной в Карибском море (бассейн Кариако) и одной в Тихом океане (Гавайи).

Глобальная карта на Рисунке 2 показывает изменения во времени уровня насыщения арагонитом. Арагонит — это особая форма карбоната кальция, которую многие организмы производят и используют для построения своих скелетов и раковин, а состояние насыщения — это мера того, насколько легко арагонит может растворяться в воде. Чем ниже уровень насыщения, тем труднее организмам строить и поддерживать свои защитные скелеты и оболочки. Эта карта была создана путем сравнения средних условий в 1880-х годах со средними условиями за последние 10 лет (2006–2015 гг.). Насыщенность арагонита измерялась только в отдельных местах в течение последних нескольких десятилетий, но ее можно надежно рассчитать для разного времени и мест на основе взаимосвязей, наблюдаемых учеными между насыщенностью арагонита, pH, растворенным углеродом, температурой воды, концентрацией углекислого газа в воде. атмосфера и другие факторы, которые можно измерить. Таким образом, хотя рисунок 2 был создан с использованием компьютерной модели, он основан на измерениях.

О данных

Примечания к индикатору

Этот показатель ориентирован на поверхностные воды, которые могут поглощать углекислый газ из атмосферы в течение нескольких месяцев. 12 Для того чтобы изменения pH и насыщенности минералами распространились на более глубокие воды, может потребоваться гораздо больше времени, поэтому полное влияние повышения концентрации углекислого газа в атмосфере на кислотность океана может проявиться только через многие десятилетия, если не столетия. Исследования показывают, что воздействие закисления океана может быть сильнее на глубине, потому что уровень насыщения арагонитом, естественно, ниже в более глубоких водах. 13

Химический состав океана неодинаков во всем мире, поэтому местные условия могут привести к тому, что измерения pH или насыщенности арагонита будут отличаться от среднемировых значений.Например, углекислый газ легче растворяется в холодной воде, чем в теплой, поэтому более холодные регионы могут испытывать большее воздействие кислотности, чем более теплые регионы. Загрязнение воздуха и воды также приводит к повышению кислотности в некоторых районах.

Источники данных

Данные для рисунка 1 получены из четырех исследований: Бермудского исследования временных рядов в Атлантическом океане, Европейской станции временных рядов в океане (Канарские острова), программы «Удержание углерода в цветном океане» (КАРИАКО) (бассейн Кариако) и Временная серия Гавайских островов. Данные по Бермудским островам доступны по адресу: http://bats.bios.edu. Данные о Канарских островах доступны по адресу: www.plocan.eu/en/open-ocean-observatory. Данные по бассейну Кариако доступны по адресу: www.imars.usf.edu/cariaco. Данные по Гавайям доступны по адресу: https://hahana.soest.hawaii.edu/hot/.

Карта на Рисунке 2 была создана Национальным управлением океанических и атмосферных исследований и Океанографическим институтом Вудс-Хоул с использованием данных Модели системы Земли сообщества. Соответствующую информацию можно найти по адресу: https://sos.noaa.gov/catalog/datasets/ocean-acidification-saturation-state/.

Техническая документация

• Скачать соответствующую техническую информацию в формате PDF

использованная литература

1 Рассчитано на основе данных Пятого оценочного доклада МГЭИК. С 1750 г. по настоящее время: общие выбросы человека 545 пг C и поглощение океаном 155 пг C. Источник: МГЭИК (Межправительственная группа экспертов по изменению климата). 2013. Изменение климата 2013: Основы физических наук. Вклад Рабочей группы I в Пятый оценочный доклад МГЭИК. Кембридж, Соединенное Королевство: Издательство Кембриджского университета. www.ipcc.ch/report/ar5/wg1.

2 Вуттон, Дж.Т., К.А. Пфистер и Дж. Д. Форестер. 2008. Динамические модели и экологические последствия снижения pH океана в многолетнем наборе данных с высоким разрешением. П. Натл. акад. науч. США 105 (48): 18848–18853.

3 Беднаршек Н., Г.А. Тарлинг, D.C.E. Баккер, С. Филдинг, Э. М. Джонс, Х. Дж. Венейблс, П. Уорд, А. Кузириан, Б. Лезе, Р. А. Фили и Э.Дж. Мерфи. 2012 г. Массовое исчезновение живых птероподов в Южном океане. Нац. Geosci.5:881–885.

4 Фили Р.А., Дони С.С. Кули. 2009. Закисление океана: нынешние условия и будущие изменения в условиях высокого содержания CO.₂ Мир. Океанография 22 (4): 36–47.

5 Воссоздано из Environment Canada. 2008. Шкала рН.

6 МГЭИК (Межправительственная группа экспертов по изменению климата). 2014 г. Изменение климата, 2014 г.: воздействия, адаптация и уязвимость. Вклад Рабочей группы II в Пятый оценочный доклад МГЭИК. Кембридж, Соединенное Королевство: Издательство Кембриджского университета. www.ipcc.ch/report/ar5/wg2.

7 Бейтс, Н.Р. Обновление за 2016 г. данных, первоначально опубликованных в: Bates, N.R., M.H. Бест, К. Нили, Р. Гарли, А.Г. Диксон и Р.Дж. Джонсон. 2012. Индикаторы антропогенного поглощения углекислого газа и закисления океана в северной части Атлантического океана. Биогеонауки 9: 2509–2522.

8 Гонсалес-Давила, М. Обновление 2012 года для данных, первоначально опубликованных в: Гонсалес-Давила, М., Дж. М. Сантана-Казиано, М. Дж. Руэда и О. Ллинас. 2010. Распределение переменных карбонатной системы в водной толще на участке ESTOC с 1995 по 2004 год. Биогеонауки 7:3067–3081.

9 Университет Южной Флориды. 2021. Программа океанических временных рядов по удержанию углерода в цветном океане (CARIACO). По состоянию на март 2021 г. https://imars.usf.edu/pages/projects/cariaco.

10 Гавайский университет. 2021. Временная серия Hawaii Ocean (HOT). По состоянию на февраль 2021 г. https://hahana.soest.hawaii.edu/hot.

11 Океанографический институт Вудс-Хоул. Обновление данных за 2016 г., первоначально опубликованных в: Feely, R.A., S.C. Doney, and S.R. Кули. 2009. Закисление океана: нынешние условия и будущие изменения в мире с высоким содержанием CO2. Океанография 22 (4): 36–47.

12 Фили Р. А., Дони С. С. и Кули. 2009. Закисление океана: нынешние условия и будущие изменения в условиях высокого содержания CO.₂ Мир. Океанография 22 (4): 36–47.

13 Фили Р. А., Дони С. С. и Кули. 2009. Закисление океана: нынешние условия и будущие изменения в мире с высоким содержанием CO2. Океанография 22 (4): 36–47.