Mänsklig inverkan på marint liv - Human impact on marine life

Global kumulativ mänsklig påverkan på havet

Del av en serie översikter om
marint liv
Marina livsmiljöer Marina mikroorganismer Marina mikrobiomer Marinvirus Marina prokaryoter Marinprotister Marin svamp Marin ryggradslösa djur Marina ryggradsdjur Marin primärproduktion Marin matwebb Marin kolpump Marin biogeokemiska cykler Mänsklig inverkan på marint liv Marin bevarande
Havslivsportal
v t e

Mänskliga aktiviteter påverkar det marina livet och marina livsmiljöer genom överfiske , förlust av livsmiljöer , införandet av invasiva arter , ocean föroreningar , försurning och hav uppvärmningen . Dessa påverkar marina ekosystem och livsmedelsbanor och kan leda till konsekvenser som ännu inte känns igen för biologisk mångfald och fortsättning av marina livsformer.

Enligt IPCC (2019) har sedan 1950 "många marina arter i olika grupper genomgått förändringar i geografiskt utbud och säsongsaktiviteter som svar på havsuppvärmning, förändring av havsis och biogeokemiska förändringar, till exempel syreförlust, till deras livsmiljöer."

Det har uppskattats att endast 13% av havsområdet finns kvar som vildmark , mestadels i öppna havsområden snarare än längs kusten.

Överfiske

Fiske ned näringsväven
fiske av hög trofiska fisk som tonfisk kan leda till att
de ersätts av låga trofiska organismer, som maneter

Överfiske förekommer i en tredjedel av världens fiskbestånd, enligt en rapport från FN: s livsmedels- och jordbruksorganisation från 2018 . Dessutom tror branschobservatörer att olagligt, orapporterat och oreglerat fiske förekommer i de flesta fiske och står för upp till 30% av de totala fångsterna i vissa viktiga fiske. I ett fenomen som kallas fiske längs matväven har den genomsnittliga trofiska nivån för världsfisket minskat på grund av överfiskning av hög trofisk fisk.

Förlust av livsmiljö

Förhållandet mellan årlig trend och nuvarande kumulativa effekter för olika marina ekosystem.

Kustens ekosystem skadas särskilt av människor. Betydande förlust av livsmiljöer förekommer, särskilt på sjögräsängar, mangroveskogar och korallrev, som alla är på global nedgång på grund av mänskliga störningar.

Korallrev är bland de mer produktiva och mångsidiga ekosystemen på planeten, men en femtedel av dem har gått förlorade under de senaste åren på grund av antropogena störningar. Korallrev är mikrobiellt drivna ekosystem som förlitar sig på marina mikroorganismer för att behålla och återvinna näringsämnen för att trivas i oligotrofiska vatten. Men samma mikroorganismer kan också utlösa återkopplingsslingor som intensifierar nedgångar i korallrev, med kaskadeffekter över biogeokemiska cykler och marina livsmedelsbanor . Det behövs en bättre förståelse för de komplexa mikrobiella interaktionerna inom korallrev om bevarande av rev har en chans att lyckas i framtiden.

Sjögräsängar har förlorat 30.000 km ² (12.000 sq mi) under de senaste decennierna. Seagrass ekosystemtjänster , för närvarande värda cirka 1,9 biljoner US $ per år, inkluderar näringscykling , tillhandahållande av mat och livsmiljöer för många marina djur, inklusive de hotade dugongerna , manater och gröna sköldpaddor och stora underlättningar för korallrevfisk .

En femtedel av världens mangroveskogar har också gått förlorade sedan 1980. Det mest angelägna hotet mot kelpskogar kan vara överfiske av kustnära ekosystem, vilket genom att ta bort högre trofiska nivåer underlättar deras övergång till förfallna kråkebockar .

Invasiva arter

Ett lastfartyg pumpar ballastvatten över sidan.

En invasiv art är en art som inte är infödd till en viss plats som kan spridas i en grad som orsakar skador på miljön, människors ekonomi eller människors hälsa. 2008, Molnar et al. dokumenterade vägen för hundratals marina invasiva arter och fann att sjöfarten var den dominerande mekanismen för överföring av invasiva arter i havet. De två främsta maritima mekanismerna för att transportera marina organismer till andra havsmiljöer är via skrovföroreningar och överföring av ballastvatten .

Mnemiopsis leidyi

Ballastvatten som tas upp till havs och släpps ut i hamn är en viktig källa till oönskat exotiskt marint liv. De invasiva sötvattenszebramusslorna, infödda till svarta, kaspiska och azoviska havet, transporterades förmodligen till de stora sjöarna via ballastvatten från ett transoceaniskt fartyg. Meinesz tror att ett av de värsta fallen av en enda invasiv art som orsakar skada på ett ekosystem kan tillskrivas en till synes ofarlig maneter . Mnemiopsis leidyi , en art av kammaneter som spred sig så att den nu bor i flodmynningar i många delar av världen, introducerades första gången 1982 och tros ha transporterats till Svarta havet i ett fartygs ballastvatten. Beståndet i maneterna växte exponentiellt och 1988 skedde det stor förödelse för den lokala fiskeindustrin . " Ansjovisfångsten sjönk från 204 000 ton 1984 till 200 ton 1993, skarpsill från 24 600 ton 1984 till 12 000 ton 1993, hästmakrill från 4000 ton 1984 till noll 1993." Nu när maneterna har uttömt zooplanktonet , inklusive fisklarver, har deras antal minskat dramatiskt, men de fortsätter att behålla ett strypgrepp på ekosystemet .

Invasiva arter kan ta över en gång ockuperade områden, underlätta spridningen av nya sjukdomar, introducera nytt genetiskt material, förändra havslandskap under vattnet och äventyra inhemska arters förmåga att få mat. Invasiva arter ansvarar årligen för cirka 138 miljarder dollar i förlorade intäkter och förvaltningskostnader i USA.

förorening av havet

Näringsämnesföroreningar

Näringsföroreningar är en primär orsak till övergödning av ytvatten, där överflödiga näringsämnen, vanligtvis nitrater eller fosfater , stimulerar algtillväxt. Denna alger dör sedan, sjunker och bryts ner av bakterier i vattnet. Denna sönderdelningsprocess förbrukar syre, tömmer tillgången till annat marint liv och skapar det som kallas en "död zon". Döda zoner är hypoxiska, vilket innebär att vattnet har mycket låga nivåer av upplöst syre. Detta dödar marint liv eller tvingar det att lämna området, ta bort liv från området och ge det namnet död zon. Hypoxiska zoner eller döda zoner kan förekomma naturligt, men näringsföroreningar från mänsklig aktivitet har gjort denna naturliga process till ett miljöproblem.

Det finns fem huvudkällor till näringsföroreningar. Den vanligaste källan till näringsavrinning är kommunalt avlopp. Detta avlopp kan nå vattenvägar genom dagvatten, läckor eller direkt dumpning av människans avlopp i vattendrag. De näst största källorna kommer från jordbruksmetoder. Kemiska gödningsmedel som används i jordbruket kan sippra i grundvattnet eller sköljas bort i regnvatten, komma in i vattendrag och introducera överskott av kväve och fosfor till dessa miljöer. Boskapsavfall kan också komma ut i vattenvägarna och introducera överskott av näringsämnen. Näringsämnesföroreningar från husdjursgödsel är mest intensiva från industriell jordbruksverksamhet, där hundratals eller tusentals djur odlas i ett koncentrerat område. Dagvattendränering är en annan källa till näringsföroreningar. Näringsämnen och gödningsmedel från bostadsfastigheter och ogenomträngliga ytor kan tas upp i dagvatten, som sedan rinner ut i närliggande floder och vattendrag som så småningom leder till havet. Den femte huvudkällan till näringsämnesavrinning är vattenbruk, där vattenlevande organismer odlas under kontrollerade förhållanden. Ekskrement, överskott av mat och annat organiskt avfall som skapas av dessa operationer introducerar överflödiga näringsämnen i det omgivande vattnet.

Giftiga kemikalier

Giftiga kemikalier kan fästa vid små partiklar som sedan tas upp av plankton och bentiska djur , varav de flesta antingen är fodermatare eller filtermatare . På detta sätt koncentreras gifter uppåt i havets näringskedjor . Många partiklar kombineras kemiskt på ett sätt som tömmer syre, vilket får flodmynningar att bli anoxiska . Bekämpningsmedel och giftiga metaller införlivas på samma sätt i marina livsmedelsbanor, vilket skadar den marina livets biologiska hälsa. Många djurfoder har ett högt fiskmjöl eller fiskhydrolysatinnehåll . På detta sätt överförs marina toxiner tillbaka till odlade landdjur och sedan till människor.

Fytoplanktonkoncentrationerna har ökat under det senaste århundradet i kustvatten och har på senare tid minskat i det öppna havet. Ökningar i avrinningen av näringsämnen från land kan förklara ökningen av växtplankton vid kusten, medan uppvärmning av yttemperaturer i det öppna havet kan ha förstärkt skiktningen i vattenspelaren, vilket har minskat flödet av näringsämnen från djupet som växtplankton i det öppna havet kan vara användbart.

Plastföroreningar

Över 300 miljoner ton plast produceras varje år, varav hälften används i engångsprodukter som koppar, påsar och förpackningar. Minst 8 miljoner ton plast kommer in i haven varje år. Det är omöjligt att veta säkert, men det uppskattas att det finns cirka 150 miljoner ton plast i våra hav. Plastföroreningar utgör 80% av allt marint skräp från ytvatten till djuphavssediment. Eftersom plast är lätt, ses mycket av denna förorening i och runt havsytan, men plastskräp och partiklar finns nu i de flesta marina och markbundna livsmiljöer, inklusive djuphavet, Stora sjöarna, korallrev, stränder, floder och flodmynningar . Det mest iögonfallande beviset på havsplastproblemet är sopfläckarna som ackumuleras i gyreområden. En gyre är en cirkulär havsström som bildas av jordens vindmönster och krafterna som skapas av planetens rotation. Det finns fem huvudsakliga havsgyrar: Subtropical Gyres i norra och södra Stilla havet, Subtropiska Gyres i norra och södra Atlanten och Subtropiska Gyre i Indiska oceanen. Det finns betydande sopor i alla dessa.

Större plastavfall kan intas av marina arter, fylla magen och få dem att tro att de är mätta när de faktiskt inte har tagit i sig något av näringsvärde. Detta kan få sjöfåglar, valar, fiskar och sköldpaddor att dö av svält med plastfyllda magar. Marina arter kan också kvävas eller intrasslas i plastskräp.

Det största hotet med havsplastföroreningar kommer från mikroplast. Det här är små fragment av plastrester, varav några tillverkades för att vara så små som mikropärlor. Annan mikroplast kommer från vittring av större plastavfall. När större bitar av plastavfall kommer in i havet, eller någon annan vattenväg, börjar exponering för solljus, temperatur, luftfuktighet, vågor och vind bryta ner plasten i bitar som är mindre än fem millimeter långa. Plast kan också brytas ned av mindre organismer som kommer att äta upp plastrester, bryta ner det i små bitar och antingen utsöndra dessa mikroplaster eller spotta ut dem. I laboratorietester visade det sig att amfipoder av arten Orchestia gammarellus snabbt kunde sluka bitar av plastpåsar och strimla en enda påse till 1,75 miljoner mikroskopiska fragment. Även om plasten bryts ner, är det fortfarande ett konstgjord material som inte bryts ned biologiskt. Det uppskattas att cirka 90% av plasten i den pelagiska marina miljön är mikroplast. Dessa mikroplaster konsumeras ofta av marina organismer vid basen av näringskedjan, som plankton och fisklarver, vilket leder till en koncentration av förtärd plast i näringskedjan. Plast produceras med giftiga kemikalier som sedan kommer in i den marina näringskedjan, inklusive fisken som vissa människor äter.

• 

  Mikroplast bland sand- och glaskulor i sediment från Rhen . Den vita stapeln representerar 1 mm.

• 

  Stora sopor av plast har samlats i mitten av havsgyrar .

• 

  Modellresultat för räknedensiteten hos små planktoniska plastpartiklar.
  

  Röd: mer tät

  Grönt: mindre tätt
• 

  Interaktioner mellan marina mikroorganismer och mikroplaster

Buller

Det finns ett naturligt ljudlandskap för havet som organismer har utvecklats runt i tiotusentals år. Men mänsklig aktivitet har stört detta ljudlandskap, och i hög grad drunknar ljud som organismer är beroende av för parning, avvärjande av rovdjur och resor. Fartyg och båtpropeller och motorer, industriellt fiske, kustbyggnad, oljeborrning, seismiska undersökningar, krigföring, havsbäddsbrytning och ekolodsbaserad navigering har alla infört buller i havsmiljöer. Själva sjöfarten har bidragit med en uppskattningsvis 32-faldig ökning av lågfrekvent buller längs större sjöfartsvägar under de senaste 50 åren, vilket har drivit marina djur bort från viktiga avels- och utfodringsplatser. Ljud är den sensoriska signalen som färdas längst genom havet, och antropogent ljudföroreningar stör organismernas förmåga att använda ljud. Detta skapar stress för organismerna som kan påverka deras allmänna hälsa, störa deras beteende, fysiologi och reproduktion och till och med orsaka dödlighet. Ljudsprängningar från seismiska undersökningar kan skada marina djurs öron och orsaka allvarliga skador. Bullerföroreningar är särskilt skadliga för marina däggdjur som är beroende av ekolokalisering, såsom valar och delfiner. Dessa djur använder ekolokalisering för att kommunicera, navigera, mata och hitta kamrater, men överskott av ljud stör deras förmåga att använda ekolokalisering och utför därför dessa viktiga uppgifter.

Brytning

Utsikterna till djuphavsbrytning har lett till oro från forskare och miljögrupper över effekterna på bräckliga djuphavsekosystem och större påverkan på havets biologiska pump .

Mänskligt inducerad sjukdom

Snabba förändringar i havsmiljöer gör att sjukdomen kan blomstra. Sjukdomsframkallande mikrober kan förändras och anpassa sig till nya havsförhållanden mycket snabbare än andra marina liv, vilket ger dem en fördel i havets ekosystem. Denna grupp av organismer inkluderar virus, bakterier, svampar och protozoer. Även om dessa patogena organismer snabbt kan anpassa sig, försvagas andra marina liv av snabba förändringar i deras miljö. Dessutom blir mikrober allt vanligare på grund av vattenbruk, odling av vattenlevande organismer och mänskligt avfall som förorenar havet. Dessa metoder introducerar nya patogener och överflödiga näringsämnen i havet, vilket ytterligare uppmuntrar mikrobernas överlevnad.

Några av dessa mikrober har stora värdintervall och kallas multi-host-patogener. Detta innebär att patogenen kan infektera, föröka sig och överföras från olika, orelaterade arter. Flervärdspatogener är särskilt farliga eftersom de kan infektera många organismer, men kanske inte är dödliga för dem alla. Det betyder att mikroberna kan existera hos arter som är mer resistenta och använda dessa organismer som kärl för att kontinuerligt infektera en mottaglig art. I detta fall kan patogenen helt utplåna den mottagliga arten samtidigt som den behåller en tillgång av värdorganismer.

Klimatförändring

I marina miljöer, mikrobiell primärproduktion bidrar väsentligt till CO ₂ sekvestrering . Marina mikroorganismer återvinner också näringsämnen för användning i marina livsmedelsbanor och i processen släpper ut CO ₂ till atmosfären. Mikrobiell biomassa och annat organiskt material (rester av växter och djur) omvandlas till fossila bränslen under miljontals år. Däremot frigör förbränning av fossila bränslen växthusgaser på en liten del av den tiden. Som ett resultat är kolcykeln i obalans och atmosfäriska CO ₂ -halter kommer att fortsätta att stiga så länge fossila bränslen fortsätter att brännas.

Mikroorganismer och klimatförändringar i marina och markbiomer

Översikt över klimatförändringar och deras effekter på havet 

Uppvärmning av havet

Globala genomsnittliga land-havstemperaturförändringar från 1880 till 2011, i förhållande till medelvärdet 1951–1980.
Källa: NASA GISS

Mest värmeenergi från den globala uppvärmningen går i havet, och inte i atmosfären eller värmer upp landet. Forskare insåg att för över 30 år sedan var havet ett viktigt fingeravtryck av mänsklig inverkan på klimatförändringarna och "den bästa möjligheten för en större förbättring av vår förståelse av klimatkänslighet är förmodligen övervakning av den inre havstemperaturen".

Marina organismer rör sig till svalare delar av havet när den globala uppvärmningen fortskrider. Till exempel övervakades en grupp av 105 marina fiskar och ryggradslösa djur längs USA: s nordöstra kust och i östra Beringshavet. Under perioden från 1982 till 2015 skiftade den genomsnittliga mitten av biomassa för gruppen norrut cirka 10 miles och rörde sig också cirka 20 fot djupare.

Mest värmeenergi från den globala uppvärmningen går i havet

Globala värmeackumuleringsdata, från Nuccitelli et al. (2012)

Det finns bevis för att ökande havstemperaturer tar hårt på det marina ekosystemet. Till exempel indikerar en studie om växtplanktonförändringar i Indiska oceanen en minskning med upp till 20% i marint växtplankton under de senaste sex decennierna. Under sommaren är västra Indiska oceanen hem för en av de största koncentrationerna av marina växtplanktonblommor i världen. Ökad uppvärmning i Indiska oceanen förbättrar havets skiktning, vilket förhindrar blandning av näringsämnen i den eufotiska zonen där gott om ljus är tillgängligt för fotosyntes. Således begränsas primärproduktionen och hela regionens livsmedelsbana störs. Om den snabba uppvärmningen fortsätter kan Indiska oceanen förvandlas till en ekologisk öken och sluta vara produktiv.

• 

  Uppvärmningen av havet förändrar fördelningen av keystone -arterna Antarctic krill

• 

  I, begränsad räckvidd grunda havsarter Antarktis, som den här trematomus bernacchii , hotas.

Den antarktiska oscillation (även kallad Southern Ringformig läge ) är ett bälte av västliga vindar eller lågt tryck omger Antarctica , som rör sig norr eller söder enligt vilken fas den befinner sig i. I sin positiva fas, den västliga vinden bälte som driver Antarctic Circumpolar Current intensifieras och drar ihop sig mot Antarktis , medan dess negativa fas rör sig bältet mot ekvatorn. Vindar associerade med Antarktis svängning orsakar oceanisk uppväxt av varmt cirkumpolärt djupt vatten längs Antarktis kontinentalsockel. Detta har kopplats till is hylla basala smälta , som representerar en möjlig vinddriven mekanism som skulle kunna destabilisera stora delar av den antarktiska Ice Sheet. Antarktis svängning är för närvarande i den mest extrema positiva fasen som har inträffat i över tusen år. Nyligen har denna positiva fas ytterligare intensifierats, och detta har tillskrivits ökande växthusgasnivåer och senare stratosfärisk ozonnedbrytning. Dessa storskaliga förändringar i den fysiska miljön "driver förändring genom alla nivåer av Antarktis marina livsmedelsbanor". Uppvärmningen av havet förändrar också distributionen av Antarktis krill . Antarctic krill är keystone -arten i det antarktiska ekosystemet bortom kusthyllan och är en viktig matkälla för marina däggdjur och fåglar .

Den IPCC (2019) säger marina organismer påverkas globalt av havet uppvärmning med direkta effekter på mänskliga samhällen, fiske och livsmedelsproduktionen. Det är troligt att det kommer att bli 15% minskning av antalet marina djur och en minskning med 21% till 24% i fisket fångster i slutet av 2000 -talet på grund av klimatförändringar.

En studie från 2020 rapporterar att 2050 kan den globala uppvärmningen sprida sig i djupet sju gånger snabbare än nu, även om utsläppen av växthusgaser minskas. Uppvärmning i mesopelagiska och djupare lager kan ha stora konsekvenser för mathavet i djuphavet , eftersom havsarter måste flytta för att stanna vid överlevnadstemperaturer.

Stigande havsnivåer

Mellan 1993 och 2018 har den genomsnittliga havsnivån stigit över större delen av världshavet (blå färger).

Kustekosystemen står inför ytterligare förändringar på grund av stigande havsnivåer . Vissa ekosystem kan flytta inåt landet med högvattenmärket, men andra hindras från att migrera på grund av naturliga eller konstgjorda barriärer. Denna förträngning vid kusten, kallad kustpressning om manliga barriärer är inblandade, kan resultera i förlust av livsmiljöer som vallor och kärr . Mangrover och tidvattenmarker anpassar sig till stigande havsnivåer genom att bygga vertikalt med ackumulerat sediment och organiskt material . Om havsnivåhöjningen är för snabb kommer de inte att kunna hänga med och kommer istället att sänkas under vatten.

• 

  Havsnivåändring, 1880 till 2015
• 

  När havsnivån stiger rör sig det längre inåt landet

Koraller, viktiga för fågel- och fisklivet, måste också växa vertikalt för att förbli nära havsytan för att få tillräckligt med energi från solljus. Hittills har det kunnat hänga med, men kanske inte kunna göra det i framtiden. Dessa ekosystem skyddar mot stormflöden, vågor och tsunamier. Att tappa dem gör effekterna av havsnivåhöjning värre. Mänsklig verksamhet, som dammbyggnad, kan förhindra naturliga anpassningsprocesser genom att begränsa sedimenttillförsel till våtmarker, vilket resulterar i förlust av tidvattenmarker . När havsvatten rör sig inåt landet kan översvämningarna vid kusten orsaka problem med befintliga markbaserade ekosystem, till exempel förorening av deras jord. De melomys rubicola är den första kända landdäggdjur att gå utdöd som en följd av stigande havsnivån.

Havscirkulation och salthalt

Havs salthalt är ett mått på hur mycket upplöst salt som finns i havet. Salterna kommer från erosion och transport av lösta salter från marken. Havets salthalt är en nyckelvariabel i klimatsystemet när man studerar den globala vattencykeln , havsatmosfärutbyten och havscirkulation , alla viktiga komponenter som transporterar värme, momentum, kol och näringsämnen runt om i världen. Kallt vatten är tätare än varmt vatten och saltvatten är tätare än sötvatten. Detta innebär att densiteten i havsvatten förändras när dess temperatur och salthalt förändras. Dessa förändringar i densitet är huvudkällan till den kraft som driver havets cirkulation.

Saltmätningar på havsytan som gjorts sedan 1950 -talet indikerar en intensifiering av den globala vattencykeln med höga saltvattenområden som blir mer koksaltiga och områden med låg koksaltlösning blir mer mindre koksalt.

Termohalin cirkulation , havstransportbandet

Spela media

Förändringar av salthalten på ytan mätt av satellitinstrumentet NASA Aquarius från december 2011 till december 2012
Blått: låg salthalt Röd: hög salthalt

Havets försurning

Potentiella effekter av försurning av havet

En översikt över de potentiella kommande ekologiska och biogeokemiska konsekvenserna som kopplar samman olika miljödrivrutiner, processer och cykler relaterade till försurning i det framtida havet.

Havsförsurning är den ökande försurningen av haven, främst orsakad av upptag av koldioxid från atmosfären . Ökningen av atmosfärisk koldioxid på grund av förbränning av fossila bränslen leder till att mer koldioxid löses upp i havet. När koldioxid löses upp i vatten bildar det väte och karbonatjoner. Detta i sin tur ökar surheten i havet och gör överlevnaden allt svårare för mikroorganismer, skaldjur och andra marina organismer som är beroende av kalciumkarbonat för att bilda sina skal.

Ökande surhet har också potential för andra skador på marina organismer, såsom nedstämmande ämnesomsättning och immunsvar i vissa organismer, och orsakar korallblekning . Havets försurning har ökat med 26% sedan industrins början. Det har jämförts med antropogena klimatförändringar och kallats "den onda tvilling av global uppvärmning " och "den andra CO
2 problem".

Uppskattad förändring i havsvattens pH orsakad av människans skapade CO
₂ från början av den industriella revolutionen till slutet av 1900 -talet

Havsoxygenering

Havsoxygenering är en ytterligare stressfaktor för marint liv. Havsdeoxygenering är expansionen av minimizoner för syre i haven som en följd av förbränning av fossila bränslen . Förändringen har varit ganska snabb och utgör ett hot för fisk och andra typer av marint liv, liksom för människor som är beroende av marint liv för näring eller försörjning. Havsdeoxygenering har konsekvenser för havets produktivitet , näringscykling, kolsykling och marina livsmiljöer .

Uppvärmning av havet förvärrar havsoxygenering och betonar ytterligare marina organismer, vilket begränsar tillgängligheten av näringsämnen genom att öka havsskiktningen genom densitet och löslighetseffekter samtidigt som den ökar metabolisk efterfrågan. Enligt IPCC 2019 Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate , störs artens livskraft i hela livsmedelswebben på grund av förändringar i havets kemi . När havet värms minskar blandningen mellan vattenlagren , vilket resulterar i att mindre syre och näringsämnen är tillgängliga för marint liv .

Polar isark

Klimatförändringarna får havsisen att smälta och förvandlar Arktis från en isig öken till ett öppet hav. Isbjörnar och sälar kan förlora sina livsmiljöer, växtplanktontillväxt kan öka och ge näring åt den arktiska livsmedelsbanan , vilket kan leda till högre kolbegravningar och eventuellt minska mängden CO ₂ i atmosfären.

Tills nyligen, inlandsisar sågs som inerta komponenter i kolets kretslopp och i stort sett bortse från i globala modeller. Forskning under det senaste decenniet har förändrat denna uppfattning, som visar att det finns unikt anpassade mikrobiella samhällen, höga biogeokemiska/fysiska vittringar i inlandsisar och lagring och cykling av organiskt kol överstigande 100 miljarder ton, liksom näringsämnen.

Kollagrar och flöden i dagens isark (2019), och den förutspådda påverkan på koldioxid (där data finns).
Uppskattade kolflöden mäts i Tg C a ⁻¹ (megatonn kol per år) och uppskattade kolstorlekar mäts i Pg C (tusentals megatonn kol). DOC = upplöst organiskt kol , POC = partikelformigt organiskt kol .

Biogeokemisk

Antropogena effekter på den marina kvävecykeln 

Diagrammet till höger visar några mänskliga effekter på den marina kvävecykeln . Biotillgängligt kväve (Nb) införes i marina ekosystem genom avrinning eller atmosfäriskt nedfall, vilket orsakar övergödning , bildandet av döda zoner och expansionen av de syreminimizoner (OMZs). Frisättningen av kväveoxider (N ₂ O, NO) från antropogena aktiviteter och syre-utarmade zoner orsakar nedbrytning av ozon i stratosfären vilket leder till högre UVB- exponering, vilket orsakar skador på marint liv, surt regn och havsuppvärmning . Uppvärmning av havet orsakar vattenskiktning, deoxygenering och bildandet av döda zoner. Döda zoner och OMZ är hotspots för anammox och denitrifikation , vilket orsakar kväveförlust (N ₂ och N ₂ O). Förhöjda atmosfärisk koldioxid surgör havsvatten, minskande pH-beroende N-cykling processer såsom nitrifikation, och öka N ₂ fixering .

Kalciumkarbonater

Coccolithophore

Sjöborre

Ökad surhet gör det svårt för mikroorganismer som kokolitoforer och skaldjur som sjöborrar att bygga sina karbonatskal

Aragonit är en form av kalciumkarbonat som många marina djur använder för att bygga karbonatskelett och skal. Ju lägre aragonitmättnad , desto svårare är det för organismerna att bygga och underhålla sina skelett och skal. Kartan nedan visar förändringar i aragonitmättnadsnivån i havets ytvatten mellan 1880 och 2012.

För att välja ett exempel, är pteropods en grupp av mycket utbredda simmande havssniglar . För att pteropoder ska skapa skal krävs aragonit som produceras genom karbonatjoner och löst kalcium. Pteropods påverkas allvarligt eftersom ökande försurningsnivåer stadigt har minskat mängden vatten som är övermättad med karbonat som behövs för att skapa aragonit.

När skalet på en pteropod nedsänktes i vatten med en pH -nivå som havet beräknas nå år 2100, löstes skalet nästan helt upp inom sex veckor. På samma sätt upplever alla koraller , korallalger , coccolithophores, foraminifera samt skaldjur i allmänhet minskad förkalkning eller förbättrad upplösning som en effekt av försurning av havet.

• 

  Minskning av aragonitmättnad gör det svårare för marina organismer som pteropoder att bygga kalciumskal
• 

  Skal av pteropoder löser sig i allt surare förhållanden orsakade av ökade mängder atmosfäriskt CO ₂

Spela media

Video som sammanfattar effekterna av havsförsurning - Källa: NOAA

Ohälsosam pteropod som visar effekterna av försurning av havet

Havets försurning gör att spröda stjärnor tappar muskelmassa

      Pteropods och spröda stjärnor utgör basen för arktiska matbanor

Pteropods och spröda stjärnor bildar tillsammans basen för de arktiska livsmedelsbanorna och båda skadas allvarligt av försurning. Pteropods skal löses upp med ökande försurning och spröda stjärnor tappar muskelmassa när de växer igen. Dessutom dör den spröda stjärnans ägg inom några dagar när de utsätts för förväntade förhållanden till följd av försurning av Arktis. Försurning hotar att förstöra arktiska livsmedelsbanor från grunden. Arktiska vatten förändras snabbt och är på väg att bli undermättade med aragonit. Arktiska matbanor anses vara enkla, vilket innebär att det finns få steg i näringskedjan från små organismer till större rovdjur. Till exempel är pteropoder "en viktig bytesobjekt för ett antal högre rovdjur - större plankton, fisk, havsfåglar, valar".

Silikater

Ökningen i jordbruket under de senaste 400 åren har ökat exponeringsstenarna och marken, vilket har resulterat i ökade silikatvittringar. I sin tur har utlakningen av amorfa kiseldioxidförråd från jordar också ökat, vilket ger högre koncentrationer av upplöst kiseldioxid i floder. Omvänt har ökad dammning lett till en minskning av kiseldioxidförsörjningen till havet på grund av upptag av sötvattensdiatomer bakom dammar. Dominansen av icke-kiselhaltigt fytoplankton på grund av mänsklig kväve och fosfor lastning och förbättrad kiseldioxid upplösning i varmare vatten har potential att gränsen kisel ocean sediment export i framtiden.

I 2019 en grupp forskare föreslog försurning minskar kiselalger kiseldioxid produktion i Södra oceanen .

Kiselalg

Radiolarian

Förändringar i havskiselsyra kan göra det svårt för de marina mikroorganismerna som bygger kiseldioxidskal

• 

  Koncentration av kiselsyra i den övre pelagiska zonen , som visar höga halter i södra havet

• 

  Generaliserad marin kiseldioxidcykel , anpassad från Treguer et al., 1995

Kol

Antropogena förändringar i den globala koldioxidcykeln 2009–2018

Schematisk bild av den övergripande störningen av den globala koldioxidcykeln orsakad av antropogen verksamhet, i genomsnitt globalt under decenniet 2009–2018. Se legender för motsvarande pilar och enheter. Osäkerheten i den atmosfäriska CO2 -tillväxttakten är mycket liten (± 0,02 GtC år − 1) och försummas för siffran. Den antropogena störningen sker ovanpå en aktiv kolcykel, med flöden och bestånd representerade i bakgrunden för alla siffror, med bruttoflöden i havet uppdaterade till 90 GtC år − 1 för att ta hänsyn till ökningen av atmosfärisk CO2 sedan publiceringen. Kolbestånden i kusterna är från en litteraturöversikt över marina sediment vid kusten.

Kväve -kol -klimatinteraktioner. Visas är de viktigaste samverkande drivkrafterna under Antropocen. Tecken indikerar en ökning (+) eller en minskning ( -) av den visade faktorn; (?) indikerar en okänd påverkan. Färgerna på pilen indikerar direkta antropogena effekter (röd) eller naturliga interaktioner (blå, varav många också modifierade av mänskligt inflytande). Interaktionens styrka uttrycks av piltjockleken.

Föreslagna alternativ för avlägsnande av marin koldioxid 

I takt med att de tekniska och politiska utmaningarna med landbaserade metoder för avlägsnande av koldioxid blir mer uppenbara kan haven vara den nya "blåa" gränsen för strategier för utsläpp av koldioxid inom klimatstyrning. Marina miljöer är den blå gränsen för en strategi för nya kolsänkor vid klimatstyrning efter Paris, från naturbaserad ekosystemhantering till tekniska interventioner i industriell skala i jordsystemet. Marin koldioxidborttagningssätt är olika - även om flera liknar viktiga terrestriska koldioxidborttagningsförslag. Havsalkalinisering (tillsats av silikatmineral som olivin till kustvatten för att öka CO
2upptag genom kemiska reaktioner) är förbättrad vittring, blått kol (förbättrar naturligt biologiskt CO
2neddragning från kustvegetation) är marin skogsplantering, och odling av marin biomassa (dvs. tång) för koppling till följaktligen koluppsamling och lagring är den marina varianten av bioenergi och kolavskiljning och lagring. Våtmarker , kuster och det öppna havet uppfattas och utvecklas som hanterade platser för avlägsnande och lagring av koldioxid, med metoder utökade från användning av mark och skog.

Effekt av flera stressorer

Ekosystempåverkan förstärks av havsuppvärmning och deoxygenering

Drivrutiner för hypoxi och försurning av havet i uppväxande hyllsystem. Ekvatatorvindar driver uppväxten av lågupplöst syre (DO), högt näringsämne och högt upplöst oorganiskt kol (DIC) -vatten från ovan syreminimumzonen . Övergående hyllplan i produktivitet och bottenvattentider driver styrkan hos DO (DIC) minskning (ökning) när vatten passerar över en produktiv kontinentalsockel .

Om mer än en stressor är närvarande kan effekterna förstärkas. Till exempel kan kombinationen av försurning av havet och en höjning av havstemperaturen ha en förvärrad effekt på det marina livet som långt överstiger den enskilda skadliga effekten av endera.

Medan de fulla konsekvenserna av förhöjt CO ₂ på marina ekosystem fortfarande dokumenteras, finns det en omfattande forskning som visar att en kombination av försurning av havet och förhöjd havstemperatur, främst driven av CO ₂ och andra utsläpp av växthusgaser , har en sammansatt effekt om marint liv och havsmiljön. Denna effekt överstiger långt den enskilda skadliga effekten av någon av dem. Dessutom förvärrar havsvärmningen havsdeoxygenering , vilket är en ytterligare stressfaktor för marina organismer, genom att öka havsskiktning, genom densitet och löslighetseffekter, vilket begränsar näringsämnen, samtidigt som det ökar metabolisk efterfrågan.

Flera stressorer som verkar på korallrev

Riktningen och storleken på effekterna av havets försurning, uppvärmning och deoxygenering på havet har kvantifierats med metaanalyser och har testats ytterligare av mesokosmosstudier . Mesokosmosstudierna simulerade interaktionen mellan dessa stressorer och fann en katastrofal effekt på den marina livsmedelsbanan, nämligen att ökningen i förbrukning från termisk stress mer än förnekar någon primär producent till växtätande ökning från mer tillgänglig koldioxid.

Drivrutiner för förändring

Drivrutiner för förändring i marina ekosystem

Förändringar i den marina ekosystemdynamiken påverkas av socioekonomiska aktiviteter (till exempel fiske, föroreningar) och mänskligt framkallade biofysiska förändringar (till exempel temperatur, försurning av havet) och kan interagera och allvarligt påverka den marina ekosystemdynamiken och de ekosystemtjänster de genererar för samhället. . Att förstå dessa direkta - eller närmaste - interaktioner är ett viktigt steg mot hållbar användning av marina ekosystem. Närmare interaktioner är emellertid inbäddade i ett mycket bredare socioekonomiskt sammanhang där till exempel ekonomi genom handel och finans, mänsklig migration och tekniska framsteg fungerar och interagerar i global skala, vilket påverkar närliggande relationer.

Växla baslinjer

Förskjutande baslinjer uppstår inom forskning om marina ekosystem eftersom förändringar måste mätas mot någon tidigare referenspunkt (baslinje), vilket i sin tur kan representera betydande förändringar från ett ännu tidigare tillstånd i ekosystemet. Exempelvis har radikalt utarmat fiske utvärderats av forskare som använde fiskets tillstånd i början av sin karriär som utgångspunkt, snarare än fisket i sitt outnyttjade eller orörda tillstånd. Områden som svärmade med en viss art för hundratals år sedan kan ha upplevt en långsiktig nedgång, men det är nivån några decennier tidigare som används som referenspunkt för nuvarande populationer. På detta sätt var, och är, maskerade stora nedgångar i ekosystem eller arter under lång tid. Det är en förlust av uppfattningen om förändring som uppstår när varje generation omdefinierar vad som är naturligt eller orört.

Se även

Referenser