Effecten van toenemende warmte en CO2 op het leven in zee

Effecten van toenemende warmte
en CO2 op het leven in zee
Jack Middelburg
Universiteit Utrecht
Darwin Centrum voor Biogeologie
Netherlands Earth System Science Centre
21 Oktober 2014
KNAW
Oceaan in hoge kooldioxide wereld
1. Versterkt broeikaseffect en opwarming
Presentatie Henk Dijkstra
2. Oceaan verzuring: het andere CO2 probleem
Presentatie Hein de Baar
Toekomstige Oceaan:
• Warmer en zuurstof armer
• Verzuurd
Opwarming en Ecosystemen
• Directe effecten:
– Fysica: stratificatie en circulatie
– Chemie: oplosbaarheid van zuurstof
– Biologie: fysiologie van organismen
• Indirecte effecten op biologie:
– Verandering in algengroei
– Zuurstofarme zones
– Interacties tussen organismen
Verandering in Algengroei?
1 % global decline per year
Opwarmen geeft meer stratificatie:
• Hoge breedtegraden: positief effect
want licht gelimiteerd
• Lage breedtegraden: negatief effect
want voedingsstoffen gelimiteerd
Boyce et al. Nature (2010)
Zuurstof @ 400 m diepte in de oceaan
Zuurstof vanaf 1960
•Jaarlijks een afname
van 0.09 to 0.34 μM
per year.
•De zuurstofarme zone
(blauw) is breder en
intenser (donker blauw)
geworden
•Meeste hogere
organismen hebben
problemen bij overgang
blauw/lichtblauw.
•Micro-organismen
worden belangrijker.
Stramma et al. 2008
Veranderende interacties tussen
organismen: Experimenteel bewijs
Opwarming:
Wohlers J et al. PNAS 2009
•Klein effect op algengroei
•Meer energie gaat naar micro-organismen en minder naar
hogere organismen (vissen)
•Minder export van organisch materiaal naar diepzee
Oceaan verzuring
Toename:
• CO2
• HCO3-
Afname:
• CO32Toename:
• H+ (verzuring)
Biologische Consequenties
• Toename H+
– Beschikbaarheid essentiële metalen voor algen
– Demping/voortplanting geluid in oceaan: onderwater
geluid
• Afname CO32-
– Invloed op CaCO3 evenwichten en dus vorming van
kalk door organismen
• Toename CO2 & HCO3-
– Substraat voor primaire producenten (algen, zeegras,
etc)
Geluid in toekomstige oceaan
• Geluid demping hangt
af van pH (MgSO4,
boraat complexen)
• 0.3 pH afname,
impliceert ongeveer 40
% afname in demping
lage tonen
• Consequenties
onderwatergeluid
Kalk vorming:
CO32- beschikbaarheid is essentieel
Evenwicht: Ca2+ + CO32- = CaCO3
W=
[Ca2+] x [CO32-]
Koplosbaarheid
W> 1: kalk neerslag
W< 1: kalk lost op
Twee soorten kalk:
Calciet (minder oplosbaar)
Aragoniet (meer oplosbaar)
Organismen vormen kalk in de zee
kalkvorming
Afname
verzadigingsgraad
W door oceaan
verzuring
Verwachting
afname
kalkvorming
Observaties
variabel
Verzadigingsgraad zeewater
Ries et al., 2009
Oceaan verzuring publicaties
Synthese door Meta Analyse
-
+
+
-
Kalkvorming neemt af
Hendriks et al. (2010)
Kalkvorming neemt af
Bivalven
Overleving
Activiteit
Groei
Kalkvorming
Coccolieten
Koraal
Kalkvorming en oceaan verzuring
• Aragoniet versus calciet:
– Aragoniet vormende organismen (koraal,
pteropoden) zijn gevoeliger
• Planten/algen versus dieren:
– Calcificatie kost energie.
• Dieren: beschikbaarheid voedsel
• Algen: netto effect hangt af van stimulatie primaire
produktie en afname verzadigingsgraad door oceaan
verzuring
CO2 stimuleert algen en zeegras
Cyanobacteria
Algen
Zeegras
Overleving
Activiteit
Groei
Kalkvorming
Hendriks et al. (2010)
Schelpdier productie neemt af
Bij 740 ppmv CO2:
•10 % oester schelp
afname
•25 % mossel schelp
afname
10 miljard € omzet
wereldwijd
Gazeau et al. (2007)
Koudwater koraal
• Extensieve koraalriffen in
donker, koud water
• Pas twee decades studie
• Biodiversiteit “hotspot”
• Vis rijk
• 2000: kalkvorming OK
• 2100: 65% in corrosief water
• Oplossen koraal fundament
Hoe sterk is bewijs?
• CO2 toename in atmosfeer is spijkerhard
• Oceaan verzuring gemeten is identiek aan
thermodynamische voorspelling
• Biologische effecten tijdens korte,
gecontroleerde experimenten zijn evident
• Maar…..
– Lange termijn
– Grote schaal
Coccolieten
• Laboratorium studies:
coccolieten vormen
minder kalk en worden
meestal kleiner
• Veld studies: coccoliet
massa hangt af van
carbonaat concentratie
en dus van oceaan
verzuring
Beaufort et al. (2011)
Natuurlijke CO2 bronnen
Normaal, pH = 8.2
pH = 7.3-7.6
• Zeegras verliest kalk
neerslag
• Geen juvenile slakken
• Erosie van volwassen
slakken in CO2 rijk water
• 30% minder
biodiversiteit
Hall-Spencer et al. (2008)
Natuurlijke CO2 bronnen
pH
8.1
7.9
• Verlies aan
biodiversiteit
– Soorten
– Habitats
• 30% minder kalk
• Zeegras groeit beter
<7.7
Fabricius et al (2011)
Toekomstige Oceaan
• Warmer
– minder zuurstof
• Verzuurd:
– meer H+, CO2, HCO3– minder CO32-
• Warmer EN verzuurd
– Experimenten met meerdere variabelen
– Geologische informatie (presentatie Appy Sluijs)