Ocean deoxygenation - Ocean deoxygenation
Havsoxygenering är minskningen av syrehalten i haven på grund av mänsklig verksamhet som en följd av antropogena utsläpp av koldioxid och övergödning som drivs av överproduktion. Det är uppenbart i det ökande antalet kustnära och estuarina hypoxiska områden, eller döda zoner , och expansionen av syreminimumzoner i världens hav. Minskningen av syrehalten i haven har varit ganska snabb och utgör ett hot mot allt aerobt marint liv , liksom för människor som är beroende av marint liv för näring eller försörjning.
Oceanografer och andra har diskuterat vilken fras som bäst beskriver fenomenet för icke-specialister. Bland de övervägda alternativen har varit kvävning av havet (som användes i en nyhetsrapport från maj 2008), "havs syrebrist", "minskning av havs syre", "marin deoxygenering", "havs syreutarmning" och " havshypoxi ". Begreppet ”Ocean Deoxygenation” har använts alltmer av internationella vetenskapliga organ eftersom det fångar den minskande trenden i världshavets syreinventering.
Översikt
Syre matas in i havet vid ytan, genom fotosyntesprocesserna av växtplankton och blandning med atmosfären. Men organismer, både mikrobiella och flercelliga, använder syre för sin kemiska energi i hela havets djup när de andas, så när syretillförseln från ytan är mindre än syreutnyttjandet på djupt vatten uppstår syreförlust. Detta fenomen är naturligt, men förvärras med ökad skiktning eller ökad temperatur. Skiktning uppstår när vattenmassor med olika egenskaper, främst temperatur och salthalt , lagras, med vatten med lägre densitet ovanpå vatten med högre densitet. Ju större skillnader i egenskaperna mellan skikten, desto mindre blandning sker mellan lagren. Stratifieringen ökar när temperaturen i ythavet eller mängden sötvatten som tillförs havet från floder och issmältning ökar, vilket ökar deoxygeneringen av havet genom att begränsa tillförseln. En annan faktor som kan begränsa tillförseln är syreets löslighet . När temperaturen och salthalten ökar minskar syre lösligheten, vilket innebär att mindre syre kan lösas upp i vatten när det värms och blir mer salt.
Havsoxygenering är en ytterligare stressfaktor för marint liv. Havsoxygenering resulterar i expansion av syreminimumzoner i haven som en följd av förbränning av fossila bränslen . Tillsammans med detta orsakas deoxygenering av en obalans mellan källor och sjunker av syre i upplöst vatten. Förbränning av fossila bränslen förbrukar syre, men på grund av den stora atmosfäriska syreinventeringen är den associerade relativa nedgången av atmosfäriskt syre (0,001% per år) cirka två storleksordningar mindre än den aktuella takten för deoxygenering i havet. Förändringen har varit ganska snabb och utgör ett hot mot fisk och andra typer av marint liv, såväl som människor som är beroende av marint liv för näring eller försörjning. Havsdeoxygenering har konsekvenser för havets produktivitet , näringscykling, kolcykling och marina livsmiljöer . Det totala havsyreinnehållet har minskat med 1-2% sedan 1960.
Uppvärmning av havet förvärrar deoxygenering av havet och betonar ytterligare marina organismer, vilket begränsar tillgången på näringsämnen genom att öka havsstratifiering genom densitet och löslighetseffekter samtidigt som det ökar metabolisk efterfrågan. De stigande temperaturerna i haven orsakar en minskad löslighet av syre i vattnet, vilket kan förklara cirka 50% av syreförlusten i havets övre nivå (> 1000 m). Enligt IPCC 2019 Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate , störs artens livskraft i hela havets matväv 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 . Varmare havsvatten håller mindre syre och är mer flytande än kallare vatten. Detta leder till minskad blandning av syresatt vatten nära ytan med djupare vatten, vilket naturligt innehåller mindre syre. Varmare vatten ökar också syrebehovet från levande organismer; som ett resultat är mindre syre tillgängligt för marint liv.
Smältning av gashydrater i bottenlager av vatten kan leda till att mer metan frigörs från sediment och efterföljande syreförbrukning genom aerob andning av metan till koldioxid . En annan effekt av klimatförändringar som orsakar havsdeoxygenering är cirkulationsförändringar. Som havet värmer från ytan, skiktning förväntas öka, vilket visar en tendens till att sakta ner havsströmmarna, vilket sedan ökar ocean deoxygenering. Kustregioner, som Östersjön , norra Mexikanska golfen och Chesapeake Bay , liksom stora slutna vattenförekomster som Lake Erie , har påverkats av deoxygenering på grund av övergödning. Överflödiga näringsämnen matas in i dessa system av floder, slutligen från avrinning från städer och jordbruk och förvärras av avskogning. Dessa näringsämnen leder till hög produktivitet som producerar organiskt material som sjunker till botten och är andas. Andningen av det organiska materialet förbrukar syret och orsakar hypoxi eller anoxi .
Oceanisk syreminimizoner (OMZ) uppträder vanligen i de mellersta djup i havet, 100-1000 m djup, och är naturliga fenomen som resultat från andning av sjunkande organiskt material som producerats i ytan havet. Men när syrehalten i havet minskar, expanderar miniminivåerna för syre både vertikalt och horisontellt.
När låga syrezoner expanderar vertikalt närmare ytan kan de påverka kustnära uppvärmningssystem som Kaliforniens ström vid kusten i Oregon (USA). Dessa uppvärmningssystem drivs av säsongens vindar som tvingar ytvattnet nära kusten att röra sig offshore, vilket drar djupare vatten upp längs kontinentalsockeln . När djupet av det avoxygenerade djupare vattnet blir grundare kan mer av det avoxygenerade vattnet nå kontinentalsockeln, vilket orsakar kustoxoxi och fiskedöd. Effekterna av massiva fiskdöd på vattenbruksindustrin beräknas bli djupgående.
Sammantaget bidrar lokala skadliga algblomningar (HAB), regionala döda zoner och de oceaniska fenomenen syreminimumszoner till deoxygenering i hela havet.
Global omfattning
Havsdeoxygenering har lett till suboxiska, hypoxiska och anoxiska förhållanden i både kustvatten och det öppna havet. Sedan 1950 har mer än 500 platser i kustvatten rapporterat syrekoncentrationer under 2 mg liter −1 , vilket allmänt accepteras som tröskeln för hypoxiska förhållanden. Flera områden i det öppna havet har naturligt låg syrekoncentration på grund av biologisk syreförbrukning som inte kan stödjas av hastigheten på syretillförsel till området från fysisk transport, luft-havsblandning eller fotosyntes. Dessa områden kallas syreminimumzoner (OMZ), och det finns en mängd olika öppna havssystem som upplever dessa naturligt låga syreförhållanden, såsom uppvärmningszoner, djupa bassänger i slutna hav och kärnorna i vissa modervattenvirvlar. Syrefattiga vatten i kust- och öppna havssystem har i stor utsträckning studerats isolerat av varandra, med forskare som fokuserar på eutrofieringsinducerad hypoxi i kustvatten och naturligt förekommande (utan uppenbar direkt inmatning av antropogena näringsämnen) öppna hav OMZ. Kust- och öppna havs syrefattiga vatten är emellertid starkt sammankopplade och därför har båda sett en ökning i intensitet, rumslig omfattning och tidsmässig omfattning av deoxygenerade förhållanden.
Den rumsliga omfattningen av deoxygenerade förhållanden kan variera mycket. I kustvatten kan regioner med avoxygenerade förhållanden sträcka sig från mindre än en till många tusen kvadratkilometer. Öppna havs -OMZ finns i alla havsbassänger och har liknande variationer i rumslig omfattning; uppskattningsvis 8% av den globala havsvolymen ligger inom OMZ. Den största OMZ ligger i det östra tropiska norra Stilla havet och omfattar 41% av denna globala volym, och den minsta OMZ finns i den östra tropiska Nordatlanten och utgör endast 5% av den globala OMZ -volymen. Den vertikala omfattningen av låga syreförhållanden är också variabel, och områden med ihållande lågt syre har årliga variationer i de övre och nedre gränserna för syrefattiga vatten. Vanligtvis förväntas OMZ uppstå på cirka 200 till 1 000 meters djup. Den övre gränsen för OMZ kännetecknas av en stark och snabb gradient i syresättning, kallad oxyklin. Oxyklinens djup varierar mellan OMZ och påverkas huvudsakligen av fysiska processer som luft-havsflöden och vertikala rörelser i termoklindjupet. Den nedre gränsen för OMZ är förknippad med minskningen av den biologiska syreförbrukningen, eftersom majoriteten av organiskt material konsumeras och andas i de översta 1 000 m av den vertikala vattenkolonnen. Gruntare kustsystem kan se syrefattigt vatten sträcka sig till bottenvatten, vilket leder till negativa effekter på bentiska samhällen. Den tidsmässiga varaktigheten av syrefattiga förhållanden kan variera beroende på säsongsbetonade, årliga eller mångdekadala skalor. Hypoxiska förhållanden i kustsystem som Mexikanska golfen är vanligtvis knutna till utsläpp av floder, termohalin stratifiering av vattenspelaren, vinddriven tvingning och kontinentalsockelns cirkulationsmönster. Som sådan finns det säsongsmässiga och årliga mönster vid initiering, uthållighet och nedbrytning av intensivt hypoxiska tillstånd. Syrekoncentrationer i öppna hav och marginalerna mellan kustområden och det öppna havet kan se variationer i intensitet, rumslig omfattning och tidsmässig omfattning från flerdekadala svängningar i klimatförhållanden.
Mätning av upplöst syre i kust- och öppna havsvatten under de senaste 50 åren har avslöjat en markant minskning av syrehalt. Denna nedgång är förknippad med expanderande rumslig omfattning, expanderande vertikal omfattning och förlängd varaktighet av syrefattiga förhållanden i alla regioner i de globala haven. Undersökningar av OMZ: s rumsliga omfattning tidigare genom paleoceanografiska metoder visar tydligt att OMZ: s rumsliga omfattning har expanderat med tiden, och denna expansion är kopplad till havsuppvärmning och minskad ventilation av termoklinvatten. Många ihållande OMZ har ökat i tjocklek under de senaste fem decennierna genom både ökning av den övre gränsen och nedåtgående expansion av den nedre gränsen. Kustregioner har också sett en utökad rumslig omfattning och tidsmässig varaktighet på grund av ökad antropogen näringsintag och förändringar i regional cirkulation. Områden som inte tidigare har upplevt låga syreförhållanden, som Oregons kusthylla på västkusten i USA, har nyligen och plötsligt utvecklat säsongsbetonad hypoxi.
Den globala minskningen av oceaniskt syreinnehåll är statistiskt signifikant och dyker upp utanför ramen för naturliga fluktuationer. Denna trend av syreförlust accelererar, med utbredda och uppenbara förluster som inträffar efter 1980 -talet. Hastigheten och det totala innehållet av syreförlust varierar beroende på region, med norra Stilla havet som en särskild hotspot för deoxygenering på grund av den ökade tiden sedan dess djupa vatten senast ventilerades (se termohalincirkulation) och relaterat högt uppenbart syreutnyttjande (AOU ) (. Uppskattningar av den totala syreförlusten i det globala havsområdet från 119 till 680 T mol decennium −1 sedan 1950 -talet. Dessa uppskattningar representerar 2% av den globala havssyresinventeringen. Modelleringsinsatser visar att de globala syreförlusterna i havet kommer att fortsätta accelerera upp till 125 T mol år -1 fram till 2100 på grund av ihållande uppvärmning, minskad ventilation av djupare vatten, ökat biologiskt syrebehov och tillhörande expansion och stimning av OMZ.
Klimatförändring
Det mesta av överskottsvärmen från CO 2 och andra utsläpp av växthusgaser absorberas av haven. Varmare hav orsakar deoxygenering både eftersom syre är mindre lösligt i varmare vatten, och genom temperaturdriven skiktning av havet som hämmar produktionen av syre från fotosyntes .
Havsytan stratifieras när atmosfären och havet värms och orsakar issmältning och isavrinning. Detta resulterar i ett mindre salt och därför ett mindre tätt lager som flyter ovanpå. Det varmare vattnet i sig är också mindre tätt. Denna skiktning hämmar uppvätningen av näringsämnen (havet återvinner ständigt sina näringsämnen) i det övre lagret av havet. Det är här majoriteten av den oceaniska fotosyntesen (t.ex. genom växtplankton) sker. Denna minskning av näringstillförsel kommer sannolikt att minska fotosynteshastigheterna i ythavet, som står för ungefär hälften av det syre som produceras globalt. Ökad skiktning kan också minska tillförseln av syre till det inre av havet. Varmare vatten ökar också metabolismen av marina organismer, vilket leder till ökad andningshastighet. I ythavet kommer ökad andning sannolikt att leda till lägre netto syreproduktion och därmed mindre syre som överförs till atmosfären. I det inre havet kan kombinationen av ökad andning och minskad syretillförsel från ytvatten dra syre ner till hypoxiska eller anoxiska nivåer. Låga nivåer av syre är inte bara dödliga för fiskar och andra arter på övre trofiska nivåer, de kan också förändra den mikrobiellt medierade cyklingen av globalt viktiga element (se mikrobiologi för syreminimumzoner som kväve; nitrat ersätter syre som den primära mikrobiella elektronacceptorn i mycket hög grad låga syrekoncentrationer.Allt detta, ökad efterfrågan på växtätare, minskad näringstillförsel, minskat upplöst syre, etc., resulterar i felmatningar i livsmedelsbanan.
Implikationer
Havsdeoxygenering har konsekvenser för havets produktivitet , näringscykling, kolsykling och marina livsmiljöer . Studier har visat att haven redan har tappat 1-2% av sitt syre sedan mitten av 1900-talet, och modellsimuleringar förutsäger en nedgång med upp till 7% i det globala havets O 2 -innehåll under de närmaste hundra åren. Minskningen av syre beräknas fortsätta i tusen år eller mer.
Effekter på biotillgängligheten
Biotillgänglighet är ett mått på hur lätt en substans i miljön (vanligtvis en molekylär substans) kan erhållas av en organism. För vattenvetenskaperna är syrgas biotillgänglighet särskilt viktigt eftersom den beskriver mängden syre (tillförsel) i förhållande till kraven (efterfrågan) för en specifik organism medan koncentrationer beskriver bara mängden syre i vattnet.
Syreförsörjning
Tillförseln av syre som är tillgänglig för vattenlevande organismer bestäms av syre löslighet i vatten. Syre är mindre lösligt i varmt, saltvatten och mer lösligt i kallt, färskt vatten. Mängden syre upplöst i vatten kan mätas som en koncentration, procentuell mättnad eller partiellt tryck . Medan alla dessa mått berättar hur mycket syre som finns, är partialtryck det mest exakta måttet när man överväger vattenlevande organismer, eftersom partialtrycket för en gas avgör hur lätt det kommer att diffundera över ett membran. Om syrepartialtrycket är högre på den yttre, vattensidan av ett gälmembran än på den inre, blodomloppssidan, kommer syre lättare att diffundera över membranet och in i fisken.
Syrebehov
En organisms efterfrågan på syre, som ger oumbärlig kemisk energi, är beroende av dess ämnesomsättning . Metaboliska hastigheter kan påverkas av yttre faktorer som vattentemperaturen och interna faktorer som art, livscykel, storlek och aktivitetsnivå för organismen. Kroppstemperaturen hos ectotherms (såsom fiskar och ryggradslösa djur ) varierar med temperaturen på vattnet. När den yttre temperaturen ökar, ökar även ektotermmetabolismen, vilket ökar deras behov av syre. Olika arter har olika basala metaboliska hastigheter och därför olika syrebehov.
Livsstadier för organismer har också olika metaboliska krav. I allmänhet tenderar yngre stadier att växa i storlek och utvecklas snabbt i utvecklingskomplexitet. När organismen når mognad övergår metaboliska krav från tillväxt och utveckling till underhåll, vilket kräver mycket färre resurser. Mindre organismer har högre ämnesomsättning per massenhet, så mindre organismer kommer att kräva mer syre per massenhet, medan större organismer i allmänhet kräver mer totalt syre. Högre aktivitetsnivåer kräver också mer syre.
Det är därför som biotillgängligheten är viktig i avoxygenerade system: en syrekvantitet som är farligt låg för en art kan vara mer än tillräckligt för en annan art.
Index och beräkningar
Flera index för att mäta biotillgänglighet har föreslagits: Andningsindex, Oxygen Supply Index och Metabolic Index. Respirationsindex beskriver syretillgänglighet baserat på den fria energin som finns i reaktanterna och produkterna från den stökiometriska ekvationen för andning. Organismer har dock sätt att ändra sitt syreintag och koldioxidfrisättning, så den strikta stökiometriska ekvationen är inte nödvändigtvis korrekt. Oxygen Supply Index står för syre löslighet och partiellt tryck, tillsammans med Q 10 i organismen, men tar inte hänsyn till beteendemässiga eller fysiologiska förändringar i organismer för att kompensera för minskad syretillgänglighet. Metaboliskt index står för tillförsel av syre när det gäller löslighet, partiellt tryck och diffusivitet av syre i vatten och organismens ämnesomsättning. Metaboliskt index ses i allmänhet som en närmare approximation av syrebiotillgänglighet än de andra indexen.
Det finns två trösklar för syre som krävs av organismer:
- P krit (kritisk partialtryck) - syrenivån under vilken en organism inte kan stödja en normal andningsfrekvens
- P leth (dödligt partiellt tryck)- syrenivån under vilken en organism inte kan stödja den lägsta andningshastighet som krävs för överlevnad.
Eftersom biotillgängligheten är specifik för varje organism och temperatur görs beräkningen av dessa trösklar experimentellt genom att mäta aktivitet och andningshastigheter under olika temperatur- och syreförhållanden, eller genom att samla in data från separata studier.
Klimatförändringens effekter
I samband med havsoxygenering upplever arter effekterna av lågt syre på olika nivåer och hastigheter på syreförlust, som drivs av deras trösklar för syretolerans. Generellt kan vi förvänta oss att mobila arter flyttar sig bort från områden med dödligt lågt syre, men de upplever också icke-dödliga effekter av exponering för lågt syre. Ytterligare exempel finns i brödet på denna sida.
Biotillgängligheten kommer att fortsätta att förändras i ett förändrat klimat. Värmande vattentemperaturer innebär låg löslighet av syre och ökande deoxygenering, samtidigt som syrebehovet för ektotermiska organismer ökar genom att öka deras ämnesomsättning. Denna positiva återkopplingsslinga förenar effekterna av minskade syrekoncentrationer.
Effekter på marina taxor
Mikrober
I OMZ sjunker syrekoncentrationen till nivåer <10 nM vid basen av oxyklinen och kan förbli anoxisk i över 700 m djup. Denna syrebrist kan förstärkas eller ökas på grund av fysiska processer som förändrar syretillförseln såsom virveldriven advektion, trög ventilation, ökningar i havsskiktning och ökningar i havstemperaturen vilket minskar syre lösligheten. I mikroskopisk skala är processerna som orsakar havsdeoxygenering beroende av mikrobiell aerob andning. Aerob andning är en metabolisk process som mikroorganismer som bakterier eller archaea använder för att få energi genom att bryta ner organiskt material, konsumera syre, producera CO 2 och få energi i form av ATP. I havsytan använder fotosyntetiska mikroorganismer som kallas växtplankton solenergi och CO 2 för att bygga organiska molekyler (organiskt material) som frigör syre i processen. En stor del av det organiska materialet från fotosyntesen blir upplöst organiskt material (DOM) som förbrukas av bakterier under aerob andning i solbelyst vatten. En annan bråkdel av organiskt material sjunker till djuphavet och bildar aggregat som kallas marin snö. Dessa sjunkande aggregat förbrukas genom nedbrytning av organiskt material och andning på djupet. På djup i havet där inget ljus kan nå är aerob andning den dominerande processen. När syret i ett paket vatten förbrukas kan syret inte ersättas utan att vattnet når ytan. När syrekoncentrationerna sjunker till under <10 nM kan mikrobiella processer som normalt hämmas av syre ske som denitrifikation och anammox . Båda processerna extraherar elementärt kväve från kväveföreningar och det elementära kväve som inte stannar i lösningen rymmer som en gas, vilket resulterar i en nettoförlust av kväve från havet.
Zooplankton
Minskad syretillgänglighet resulterar i minskningar i många zooplanktonarters äggproduktion, matintag, andning och ämnesomsättning. Temperatur och salthalt i områden med minskade syrekoncentrationer påverkar också syretillgängligheten. Högre temperaturer och salthalt lägre syre löslighet minskar det partiella trycket av syre. Detta minskade partiella tryck ökar organismernas andningshastigheter, vilket gör att organismen syrebehov ökar.
Förutom att påverka deras vitala funktioner, ändrar zooplankton deras fördelning som svar på hypoxiska eller anoxiska zoner. Många arter undviker aktivt zoner med låga syre, medan andra utnyttjar sina rovdjurs låga tolerans för hypoxi och använder dessa områden som tillflyktsort. Zooplankton som uppvisar dagliga vertikala migreringar för att undvika predation och låga syreförhållanden utsöndrar också ammonium nära oxyklinen och bidrar till ökad anaerob ammoniumoxidation (anammox ;, som producerar N 2 -gas. När hypoxiska regioner expanderar vertikalt och horisontellt, kan de beboeliga områdena för växtplankton, zooplankton och nekton överlappar alltmer, vilket ökar deras mottaglighet för predation och mänsklig exploatering.
Förhållandet mellan zooplankton och låga syrezoner är komplext och varierar efter art och livsfas. Vissa gelatinösa zooplankton minskar deras tillväxthastigheter när de utsätts för hypoxi medan andra använder denna livsmiljö för att foder på höga bytekoncentrationer utan att deras tillväxthastigheter påverkas. En del gelatinösa zooplanktons förmåga att tolerera hypoxi kan tillskrivas förmågan att lagra syre i intragelregioner. Zooplanktons rörelser till följd av havsoxygenering kan påverka fiske, global kvävecykling och trofiska relationer. Dessa förändringar har potential att få stora ekonomiska och miljömässiga konsekvenser genom överfiske eller kollapsade matbanor.
Fisk
En fisks beteende som svar på havsoxygenering är baserad på deras tolerans mot syrefattiga förhållanden. Arter med låg anoxisk tolerans tenderar att genomgå livsmiljökompression som svar på expansionen av OMZ. Fisk med låg tolerans börjar leva nära vattenkolonnens yta och ventilerar vid det översta lagret av vattnet där den innehåller högre nivåer av upplöst syre, ett beteende som kallas vattenytasandning. Biologiska reaktioner på livsmiljökomprimering kan varieras. Vissa arter av billfish, rovdjur av pelagiska rovdjur som segelfisk och marlin, som har genomgått livsmiljökomprimering har faktiskt ökat tillväxten sedan deras byte, mindre pelagiska fiskar, upplevde samma livsmiljökomprimering, vilket resulterade i ökad byte sårbarhet för billfishfish. Fisk med tolerans mot anoxiska förhållanden, såsom jumbo -bläckfisk och lyktfisk, kan förbli aktiv i anoxiska miljöer på en reducerad nivå, vilket kan förbättra deras överlevnad genom att öka undvikandet av anoxia -intoleranta rovdjur och ha ökad tillgång till resurser som deras anoxia -intoleranta konkurrenter inte kan.
Effekter på kustnära livsmiljöer
korallrev
Det har skett en kraftig ökning av massdödlighetshändelser som är förknippade med låga syreföroreningar som orsakar masshypoxi, där majoriteten har varit under de senaste två decennierna. Ökningen av vattentemperaturen leder till en ökning av syrebehovet och en ökning av havsdeoxygenering som orsakar dessa stora korallrev döda zoner. För många korallrev är svaret på denna hypoxi mycket beroende av storleken och varaktigheten av deoxygeneringen. Symtomen kan vara allt från minskad fotosyntes och förkalkning till blekning . Hypoxi kan ha indirekta effekter som överflöd av alger och spridning av korallsjukdomar i ekosystemen . Medan koraller inte kan hantera så låga syrehalter, är alger ganska toleranta. På grund av detta, i interaktionszoner mellan alger och koraller, kommer ökad hypoxi att orsaka mer koraldöd och högre spridning av alger. Ökningen massa korall döda zoner förstärks av spridningen av korallsjukdomar. Korallsjukdomar kan lätt spridas när det finns höga koncentrationer av sulfid och hypoxiska tillstånd. På grund av slingan av hypoxi och korallrevdödlighet har fisken och andra marina liv som bor i korallreven en förändrad beteendemässig reaktion på hypoxin. Vissa fiskar kommer att gå uppåt för att hitta mer syresatt vatten, och vissa går in i en fas av metabolisk och ventilerande depression. Ryggradslösa djur migrerar från sina hem till ytan av underlaget eller flyttar till spetsarna av korallkolonier som växer .
Omkring 6 miljoner människor, majoriteten som bor i utvecklingsländer, är beroende av korallrevfiske . Dessa massdödsfall på grund av extrema hypoxiska händelser kan ha allvarliga effekter på revfiskpopulationer. Korallrevs ekosystem erbjuder en mängd viktiga ekosystemtjänster, inklusive strandlinjeskydd, kvävefixering och avfallsassimilering och turismmöjligheter. Den fortsatta minskningen av syre i oceaner på korallrev är oroande eftersom det tar många år (decennier) att reparera och återväxt koraller.
Havsgräsbäddar
Globalt har sjögräs minskat snabbt. Det uppskattas att 21% av de 71 kända sjögräsarterna har minskande befolkningstrender och 11% av dessa arter har utsetts som hotade på ICUNs röda lista . Hypoxi som leder till övergödning orsakad av havsoxygenering är en av de viktigaste bakomliggande faktorerna för dessa dödsfall. Övergödning orsakar ökad näringsberikning som kan resultera i sjögräsproduktivitet, men med kontinuerlig näringsberikning på sjögräsängar kan det orsaka överdriven tillväxt av mikroalger , epifytter och växtplankton som resulterar i hypoxiska tillstånd.
Havsgräs är både en källa och ett sjunk för syre i den omgivande vattenspelaren och sediment. På natten är den inre delen av sjögräsets syretryck linjärt relaterad till syrekoncentrationen i vattenkolonnen, så låga syrekoncentrationer i vattenkolonnen leder ofta till hypoxiska sjögräsvävnader, som så småningom kan döda av sjögräset. Normalt måste sjögräs sediment tillföra syre till den underjordiska vävnaden genom antingen fotosyntes eller genom att diffundera syre från vattenspelaren genom löv till rotstammar och rötter. Men med förändringen i havsgränsens syrabalanser kan det ofta resultera i hypoxiska sjögräsvävnader. Havsgräs som exponeras för denna hypoxiska vattenkolonn visar ökad andning, minskade fotosynteshastigheter, mindre blad och minskat antal blad per fotografering. Detta orsakar otillräcklig tillförsel av syre till de underjordiska vävnaderna för aerob andning, så havsgräs måste lita på den mindre effektiva anaeroba andningen . Seagrass-avstängningar skapar en positiv återkopplingsslinga där dödlighetshändelserna orsakar fler dödsfall eftersom högre syrebehov skapas när dödt växtmaterial sönderfaller.
Eftersom hypoxi ökar invasionen av sulfider i sjögräs, påverkar detta havsgräs negativt genom fotosyntes, metabolism och tillväxt. I allmänhet kan sjögräs bekämpa sulfiderna genom att tillföra tillräckligt med syre till rötterna. Avoxygenering orsakar dock att sjögräset inte kan leverera detta syre, vilket dödar det.
Deoxygenering minskar mångfalden av organismer som bor i havsgräsbäddar genom att eliminera arter som inte tål de låga syreförhållandena. Indirekt hotar förlusten och nedbrytningen av sjögräs många arter som förlitar sig på sjögräs antingen för skydd eller för mat. Förlusten av sjögräs påverkar också de fysiska egenskaperna och motståndskraften hos sjögräsekosystem. Havsgräsbäddar ger plantskolor och livsmiljö för många skördade kommersiella, fritids- och uppehållsfiskar och skaldjur. I många tropiska regioner är lokalbefolkningen beroende av havsgräsassocierat fiske som matkälla och inkomst.
Seagrass tillhandahåller också många ekosystemtjänster, inklusive vattenrening, kostnadsskydd, erosionskontroll, bindning och leverans av trofiska subventioner till angränsande marina och markbundna livsmiljöer. Fortsatt deoxygenering gör att effekterna av hypoxi förvärras av klimatförändringar som kommer att öka nedgången i sjögräsbestånd.
Mangroveskogar
Jämfört med sjögräsbäddar och korallrev är hypoxi vanligare regelbundet i mangroveekosystem , genom att deoxygenering av havet förvärrar de negativa effekterna av antropogena näringsämnen och modifiering av markanvändning.
Precis som sjögräs transporterar mangroveträd syre till rotstammar av rhizomer, minskar sulfidkoncentrationerna och förändrar mikrobiella samhällen. Upplöst syre konsumeras lättare i det inre av mangroveskogen. Antropogena insatser kan skjuta gränserna för överlevnad i många mangrove mikrohabitater. Räkdammar konstruerade i mangroveskogar anses till exempel vara det största antropogena hotet mot mangroveekosystem. Dessa räkor dammar minskar mynning cirkulation och vattenkvalitet som leder till främjandet av diel-cykling hypoxi. När kvaliteten på vattnet försämras överges räkorna snabbt och lämnar massor av avloppsvatten. Detta är en viktig källa till vattenföroreningar som främjar deoxygenering av hav i de intilliggande livsmiljöerna.
På grund av dessa frekventa hypoxiska förhållanden ger vattnet inte livsmiljöer för att fiska. När den utsätts för extrem hypoxi kan ekosystemets funktion helt kollapsa. Extrem deoxygenering kommer att påverka den lokala fiskpopulationen, som är en viktig matkälla. Miljökostnaderna för räkodlingar i mangroveskogarna uppväger kraftigt deras ekonomiska fördelar. Avbrytande av räkproduktion och restaurering av dessa områden och minska eutrofiering och antropogen hypoxi.
Se även
- Anoxisk händelse
- Anoxiskt vatten
- Död zon (ekologi)
- Havets försurning
- Mikrobiologi av syreminimumzoner
- Tång#Biormediering