Подкисление океана в районе Большого Барьерного рифа - Ocean acidification in the Great Barrier Reef - Wikipedia

Закисление океана угрожает Большой Барьерный риф за счет снижения жизнеспособности и силы коралловые рифы. Большой Барьерный риф, считающийся одним из семь природных чудес света и горячая точка биоразнообразия, находится в Австралии. Как и другие коралловые рифы, он подвергается деградации из-за закисления океана. Подкисление океана происходит в результате повышения атмосферный углекислый газ, который поглощается океаном. Этот процесс может увеличить температура поверхности моря, снижаться арагонит, и опустите pH океана.

Кальцифицирующие организмы подвергаются риску из-за отсутствия арагонита в воде и снижения pH. Это снижение здоровья коралловых рифов, особенно Большого Барьерного рифа, может привести к снижению биоразнообразие. Организмы могут подвергаться стрессу из-за закисления океана, и исчезновение здоровых коралловых рифов, таких как Большой Барьерный риф, является серьезной проблемой. потеря среды обитания для нескольких таксоны.

Карта Большого Барьерного рифа

Фон

Содержание двуокиси углерода в атмосфере увеличилось с 280 до 409 частей на миллион.[1] так как Индустриальная революция.[2] Это увеличение углекислого газа привело к снижению pH на 0,1, а к 2100 году он может снизиться на 0,5.[3] Когда углекислый газ встречается с морской водой, он образует угольная кислота, который затем диссоциирует на водород, бикарбонат, карбонат и понижает pH океана.[4] Температура поверхности моря, кислотность океана и растворенный неорганический углерод также положительно коррелируют с атмосферным диоксидом углерода.[5] Подкисление океана может вызвать гиперкапния и увеличить стресс у морских организмов, что приведет к снижению биоразнообразия.[2] Сами коралловые рифы также могут пострадать от подкисления океана, поскольку скорость кальцификации снижается по мере увеличения кислотности.[6]

На арагонит влияет процесс закисления океана, потому что он представляет собой форму карбоната кальция.[4] Он важен для жизнеспособности и здоровья кораллов, поскольку содержится в скелетах кораллов и более растворим, чем кальцит.[4] Повышение уровня углекислого газа может снизить скорость роста кораллов с 9 до 56%.[6] Другие кальцифицирующие организмы, такие как двустворчатые моллюски и брюхоногие моллюски, также испытывают негативные последствия из-за подкисления океана.[7]

Как очаг биоразнообразия, многие таксоны Большого Барьерного рифа находятся под угрозой закисления океана.[8] Редкие и эндемичные виды подвергаются большей опасности из-за закисления океана, поскольку они больше зависят от Большого Барьерного рифа. Кроме того, опасность обрушения коралловых рифов из-за подкисления представляет собой угрозу биоразнообразию.[9] Стресс закисления океана также может негативно повлиять на биологические процессы, такие как фотосинтез или же воспроизведение, и позволить организмам стать уязвимыми для болезней.[10]

Здоровье кораллов

Кальцификация и арагонит

Коралл представляет собой кальцифицирующий организм, что подвергает его высокому риску разложения и замедляет рост по мере увеличения закисления океана.[6] Арагонит, который влияет на способность кораллов поглощать CaCO3, уменьшается при снижении pH.[11] Уровни арагонита снизились на 16% с момента индустриализации и могут быть ниже в некоторых частях Большого Барьерного рифа, потому что течение позволяет северным кораллам поглощать больше арагонита, чем южным кораллам.[11] По прогнозам, к 2100 году количество арагонита сократится на 0,1.[11] С 1990 г. скорость кальцификации Porites, обычные крупные кораллы, строящие рифы на Большом Барьерном рифе, ежегодно уменьшаются на 14,2%.[6] Уровни арагонита на самом Большом Барьерном рифе не равны; из-за течений и циркуляции в некоторых частях Большого Барьерного рифа может быть вдвое меньше арагонита, чем в других.[11] Уровни арагонита также зависят от кальцификации и производства, которые могут варьироваться от рифа к рифу.[11] Если содержание углекислого газа в атмосфере достигнет 560 частей на миллион, большая часть поверхностных вод океана окажется недонасыщенной арагонитом, и pH снизится примерно на 0,24 единицы - с почти 8,2 сегодня до чуть более 7,9. На данный момент (где-то в третьей четверти этого столетия при нынешних темпах роста) только несколько частей Тихого океана будут иметь уровни насыщения арагонитом, достаточные для роста кораллов. Кроме того, если содержание углекислого газа в атмосфере достигнет 800 частей на миллион, pH поверхностных вод океана снизится на 0,4 единицы, а общая концентрация растворенных карбонат-ионов снизится как минимум на 60%. На данный момент почти наверняка все рифы мира будут в состоянии эрозии.[10] Повышение pH и воспроизведение доиндустриализации химия океана Однако условия на Большом Барьерном рифе привели к увеличению темпов роста кораллов на 7%.[12]

Температура

Подкисление океана также может привести к повышению температуры поверхности моря. Повышение температуры примерно на 1-2 ° C может вызвать крах отношений между кораллами и зооксантеллы, возможно, приведет к отбеливание.[10] По прогнозам, к 2100 году средняя температура поверхности моря на Большом Барьерном рифе повысится на 1–3 ° C.[3] Этот разрыв отношений между кораллами и зооксантеллами происходит, когда Фотосистема II поврежден либо из-за реакции с белком D1, либо из-за отсутствия фиксации углекислого газа; это приводит к нарушению фотосинтеза и может привести к обесцвечиванию.[4]

Размножение

Подкисление океана угрожает размножению кораллов практически на всех этапах этого процесса.Гаметогенез может косвенно пострадать от обесцвечивания кораллов. Кроме того, стресс, который вызывает подкисление кораллов, может потенциально повредить жизнеспособности выделяемых сперматозоидов. Этот процесс также может затронуть личинок; сигналы метаболизма и поселения могут изменяться, изменяя размер популяции или жизнеспособность воспроизводства.[4] У других видов кальцифицирующих личинок скорость роста снижена в условиях подкисления океана.[5] Биопленка, а биоиндикатор для океанических условий скорость роста и изменение состава были снижены при подкислении, что, возможно, повлияло на поселение личинок на самой биопленке.[13]

Биоразнообразие

Большой Барьерный риф - горячая точка биоразнообразия, но ему угрожает подкисление океана и, как следствие, повышение температуры и снижение уровня арагонита. Elasmobranchs на Большом Барьерном рифе уязвимы для подкисления океана в первую очередь из-за своей зависимости от среды обитания и разрушения коралловых рифов подкислением океана. Редкие и эндемичный виды, такие как дикобраз также подвержены высокому риску.[14] Подкисление океана может нанести вред здоровью личинок и заселению как кальцифицирующих, так и некальцифицирующих организмов. Хищник коралловых рифов Большого Барьерного рифа, Терновый венец морской звезды, уровень смертности такой же, как и у кораллов, которыми он питается. Любое увеличение количества питательных веществ, возможно, из-за речного стока, может положительно повлиять на Терновый венец и привести к дальнейшему разрушению коралла.[5]

Коралловые водоросли удерживает вместе некоторые коралловые рифы и присутствует во многих экосистемах. Однако по мере усиления закисления океана оно не отреагирует должным образом и может нанести ущерб жизнеспособности и структурной целостности коралловых рифов. Подкисление океана также может косвенно повлиять на любой организм; повышенный стресс может снизить фотосинтез и размножение или сделать организмы более уязвимыми для болезней. Кроме того, по мере разрушения коралловых рифов их симбиотические отношения и жители должны будут адаптироваться или искать новые места обитания, на которые можно положиться.[10]

Было обнаружено, что организмы более чувствительны к воздействию подкисления океана на ранних, личиночных или планктонных стадиях. Поскольку подкисление океана происходит не в вакууме, многочисленные проблемы, с которыми сталкивается Большой Барьерный риф, в совокупности создают еще больший стресс для организмов. Подкисление океана может не только повлиять на среду обитания и развитие, но также может повлиять на то, как организмы видят хищников и сородичи. Исследования последствий закисления океана не проводились в достаточно длительных временных масштабах, чтобы увидеть, могут ли организмы адаптироваться к этим условиям. Однако прогнозируется, что закисление океана будет происходить со скоростью, с которой не может сравниться эволюция.[7] Повышение температуры также влияет на поведение и физическую форму обычной коралловой форели, очень важной рыбы для поддержания здоровья коралловых рифов.[15]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Обсерватория Мауна-Лоа, Гавайи (NOAA)
  2. ^ а б Widdecombe, S; Спайсер, Дж. И. (2008). «Прогнозирование воздействия закисления океана на бентическое биоразнообразие: что может сказать нам физиология животных?». Журнал экспериментальной морской биологии и экологии. 366 (1): 187–197. Дои:10.1016 / j.jembe.2008.07.024. Получено 7 июля 2016.
  3. ^ а б Лох, Дженис (2007). Климат и изменение климата на Большом Барьерном рифе.
  4. ^ а б c d е Ллойд, Алисия Джейн (2013). «Оценка риска закисления океана для склерактиниевых кораллов на Большом Барьерном рифе». Докторская диссертация: Сиднейский технологический университет.
  5. ^ а б c Uthicke, S; Пекорино, Д (2013). «Влияние закисления океана на ранние этапы жизненного цикла и поселение морской звезды Acanthaster planci, поедающей кораллы». PLOS ONE. 8 (12): e82938. Bibcode:2013PLoSO ... 882938U. Дои:10.1371 / journal.pone.0082938. ЧВК  3865153. PMID  24358240.
  6. ^ а б c d Де'ат, G; Лох, Дж. М. (2009). «Снижение кальцификации кораллов на Большом Барьерном рифе» (PDF). Наука. 323 (5910): 116–9. Bibcode:2009Sci ... 323..116D. Дои:10.1126 / science.1165283. PMID  19119230.
  7. ^ а б Гаттузо, Жан-Пьер (2011). Подкисление океана: предпосылки и история.
  8. ^ Фабрициус, К. Э .; Деат, G (2001). Океанографические процессы коралловых рифов, физические и биологические связи Большого Барьерного рифа (PDF). С. 127–144.
  9. ^ Китай; Кайн, П. М. (2010). «Комплексная оценка риска изменения климата: анализ уязвимости акул и скатов на Большом Барьерном рифе Австралии». Биология глобальных изменений. 16 (7): 1936–1953. Bibcode:2010GCBio..16.1936C. Дои:10.1111 / j.1365-2486.2009.02128.x.
  10. ^ а б c d Veron, J.E.N .; Hoegh-Guldberg, O (2009). «Кризис с коралловыми рифами: критическое значение CO2 <350 ppm». Бюллетень загрязнения морской среды. 58 (10): 1428–1436. Дои:10.1016 / j.marpolbul.2009.09.009. PMID  19782832.
  11. ^ а б c d е Монгин, М; Бэрд, М. Э. (2016). «Воздействие окисления океана на Большой Барьерный риф». Nature Communications. 7: 10732. Bibcode:2016НатКо ... 710732M. Дои:10.1038 / ncomms10732. ЧВК  4766391. PMID  26907171.
  12. ^ Толлефсон, Дж (февраль 2016 г.). «Знаменательный эксперимент подтверждает последствия закисления океана для Большого Барьерного рифа». Природа. Дои:10.1038 / природа.2016.19410.
  13. ^ Witt, V; Уайлд, С. (2011). «Влияние подкисления океана на состав микробного сообщества и потоки кислорода через биопленки Большого Барьерного рифа». Экологическая микробиология. 13 (11): 2976–2989. Дои:10.1111 / j.1462-2920.2011.02571.x. PMID  21906222.
  14. ^ Фабрициус, К. Э .; Де'ат, G (2001). Океанографические процессы коралловых рифов, физические и биологические связи Большого Барьерного рифа. С. 127–144.
  15. ^ Йохансен, Дж. Л. (2014). «Повышение температуры океана снижает активность крупных коммерчески важных коралловых рифовых рыб». Биология глобальных изменений. 20 (4): 1067–1074. Bibcode:2014GCBio..20.1067J. Дои:10.1111 / gcb.12452. PMID  24277276.