Вступ З початку промислової революції океани поглинули приблизно 30 відсотків вуглекислого газу, що викидається в результаті людської діяльності. Незважаючи на те, що це масове поглинання буферизувало атмосферу та сповільнювало атмосферне потепління, воно спричинило фундаментальний зсув у морській хімії, відомий як підкислення океану. Рівень рН морської води впав з 8,2 до 8,1, що означає 30-відсоткове збільшення концентрації іонів водню. Цей хімічний зсув зменшує доступність карбонатних іонів, які є основними будівельними блоками, використовуваними морськими кальцифікаторами, такими як корали, молюски та птероподи, для побудови своїх мушль і скелетів. У цій статті аналізується хімічна кінетика підкислення океану та його каскадний вплив на морські екосистеми.
Хімічні реакції підкислення Розчинення вуглекислого газу в морській воді викликає серію хімічних рівноваг, які змінюють іонний баланс океану. Коли газоподібний CO2 розчиняється у воді (H2O), він утворює вугільну кислоту (H2CO3): CO2 + H2O <-> H2CO3. Вугільна кислота нестійка і швидко дисоціює на іони водню (Н+) і бікарбонат-іони (НСО3-): Н2СО3 <-> Н+ + НСО3-. Вивільнення іонів водню знижує pH води. Цей надлишок іонів водню реагує з іонами карбонату (CO3 2-), які вже присутні у воді, перетворюючи їх на додатковий бікарбонат: H+ + CO3 2- <-> HCO3-. Ця реакція споживає карбонатні іони, зменшуючи їх доступність для кальцифікуючих організмів. Стан насичення карбонатами Біологічний вплив підкислення вимірюється станом насичення карбонатами, позначеним омегою (Ω).
Цей стан є відношенням добутку концентрацій іонів кальцію та карбонату до продукту уявної розчинності карбонату кальцію: Ω = ([Ca2+] * [CO3 2-]) / Ksp. Коли Ω більше 1,0, вода є перенасиченою, а структури карбонату кальцію стабільні. Коли Ω падає нижче 1,0, вода недостатньо насичена, і карбонат кальцію починає розчинятися. Морські кальцифікатори будують свої мушлі, використовуючи дві основні форми карбонату кальцію: арагоніт (використовується коралами та птероподами) і кальцит (використовується коколітофорами). Арагоніт добре розчиняється, що робить організми на основі арагоніту першими, хто зіткнеться з розчиненням оболонки, коли рівень насичення падає.
Вплив на морські кальцифікатори та харчові мережі Зменшення доступності карбонатів змушує кальцифікуючі організми витрачати значно більше енергії на побудову та підтримку своїх оболонок, залишаючи менше енергії для росту, розмноження та захисту. Екологічні наслідки є глибокими: Крилоногі: ці крихітні морські равлики, відомі як «морські метелики», служать основним джерелом їжі для лосося, оселедця та вусатих китів у полярних океанах. Згідно з поточними прогнозами підкислення, їх оболонки можуть розчинитися протягом 45 днів, загрожуючи основі високоширотних морських харчових мереж. Коралові рифи: підкислення уповільнює кальцифікацію коралів, послаблюючи структурну цілісність рифів. Ослаблені рифи більш вразливі до штормової шкоди та біоерозії, що загрожує середовищам існування 25% усього морського життя. Молюски: личинки устриць і мідій зазнають високих показників смертності в підкисленій воді, оскільки вони намагаються створити свої початкові раковини на критичних ранніх стадіях життя. Каскадні екологічні та економічні наслідки. Втрата морських кальцифікаторів призведе до каскадних наслідків у глобальних екосистемах і людській економіці.
Деградація коралових рифів загрожує прибережному туризму, комерційному рибальству та захисту від штормів для мільйонів людей, які живуть у прибережних зонах. Зменшення таких ключових видів, як птероподи, може дезабілізувати промислове рибальство в північно-західній частині Тихого океану та Північній Атлантиці, вплинувши на продовольчу безпеку та призвівши до значної втрати робочих місць у промисловості морепродуктів. Крім того, оскільки організми, що кальцифікують, відіграють ключову роль у біологічному насосі — транспортуванні вуглецю до глибин океану, коли вони гинуть, — підкислення може послабити здатність океану поглинати майбутні викиди вуглецю. Висновок Підкислення океану часто називають «іншою проблемою вуглекислого газу», але його вплив настільки ж серйозний, як і підвищення температури. Змінюючи фундаментальний хімічний склад морської води, викиди вуглецю людиною розчиняють скелетні структури організмів, які закріплюють морські харчові мережі. Подолання цієї кризи вимагає швидкого глобального скорочення викидів вуглецю. Захист морських екосистем від хімічного колапсу є не лише природоохоронним обов’язком, але й необхідністю для забезпечення глобальної продовольчої безпеки та збереження хімічного балансу найбільшого середовища існування нашої планети.