Resoluce JOIDES vypadá jako bizarní hybrid ropné plošiny a nákladní lodi. Ve skutečnosti je to výzkumné plavidlo, které oceánologové používají k vykopávání sedimentů z mořského dna. V roce 2003 při plavbě do jihovýchodního Atlantiku vynesli vědci na palubě JOIDES Resolution obzvlášť pozoruhodný úlovek.
Vrtali se do sedimentů, které se na mořském dně vytvořily v průběhu milionů let. Nejstarší sediment ve vrtu byl bílý. Tvořily ho schránky uhličitanu vápenatého jednobuněčných organismů – stejný druh materiálu, který tvoří Bílé útesy v Doveru. Když však vědci zkoumali sediment, který vznikl před 55 miliony let, barva se v geologickém mžiku oka změnila.
„Uprostřed tohoto bílého sedimentu se objevila velká zátka červeného jílu,“ říká Andy Ridgwell, vědec zabývající se výzkumem Země z Bristolské univerzity.
Jinými slovy, obrovská mračna schránek živočichů v hlubinách oceánů prakticky zmizela. Mnozí vědci se nyní shodují, že tuto změnu způsobil drastický pokles hladiny pH v oceánu. Mořská voda se stala tak korozivní, že rozežrala schránky spolu s dalšími druhy, které mají v těle uhličitan vápenatý. Trvalo stovky tisíc let, než se oceány z této krize vzpamatovaly a než se mořské dno změnilo z červeného zpět na bílé.
Jíl, který posádka lodi JOIDES Resolution vykopala, může být zlověstným varováním před tím, co nás čeká v budoucnosti. Vypouštěním oxidu uhličitého do ovzduší nyní opět okyselujeme oceány.
Uložení CO2 do oceánů má svou vysokou cenu: mění chemismus mořské vody.
Dnes Ridgwell a Daniela Schmidtová, rovněž z Bristolské univerzity, publikují v časopise Natural Geoscience studii, v níž srovnávají, co se dělo v oceánech před 55 miliony let, s tím, co oceány zažívají dnes. Jejich výzkum potvrzuje to, co ostatní vědci již dlouho tušili: Okyselování oceánů je dnes větší a rychlejší než cokoli, co geologové našli ve fosilních záznamech za posledních 65 milionů let. Její rychlost a síla – Ridgwell odhaduje, že současné okyselování oceánů probíhá desetkrát rychleji než to, které předcházelo masovému vymírání před 55 miliony let – může skutečně znamenat zkázu pro mnoho mořských druhů, zejména těch, které žijí v hlubinách oceánu.
„Jedná se o téměř bezprecedentní geologickou událost,“ říká Ridgwell.
Když my lidé spalujeme fosilní paliva, pumpujeme oxid uhličitý do atmosféry, kde tento plyn zadržuje teplo. Velká část tohoto oxidu uhličitého však ve vzduchu nezůstává. Místo toho se nasává do oceánů. Nebýt oceánů, byla by podle klimatologů planeta mnohem teplejší než dnes. I přes masivní pohlcování CO2 oceány bylo uplynulé desetiletí nejteplejším od počátku moderních záznamů. Ukládání oxidu uhličitého do oceánů však může být spojeno s vysokou cenou: mění chemické složení mořské vody.
Na povrchu oceánu má mořská voda obvykle pH přibližně 8 až 8,3 jednotek pH. Pro srovnání: pH čisté vody je 7 a pH žaludeční kyseliny se pohybuje kolem 2. Úroveň pH kapaliny se určuje podle toho, kolik kladně nabitých atomů vodíku se v ní vznáší. Čím více vodíkových iontů, tím nižší je pH. Když se do oceánu dostane oxid uhličitý, snižuje pH tím, že reaguje s vodou.
Dioxid uhličitý, který jsme od průmyslové revoluce vypustili do atmosféry, snížil hladinu pH oceánu o 0,1 stupně. To se může zdát nepatrné, ale není tomu tak. Stupnice pH je logaritmická, což znamená, že v kapalině s pH 5 je 10krát více vodíkových iontů než v kapalině s pH 6 a 100krát více než v kapalině s pH 7. V důsledku toho pokles o pouhých 0,1 jednotky pH znamená, že koncentrace vodíkových iontů v oceánu se za poslední dvě století zvýšila asi o 30 procent.
Aby vědci zjistili, jak okyselování oceánů ovlivní život v oceánech, prováděli laboratorní pokusy, při nichž chovali organismy při různých hodnotách pH. Výsledky byly znepokojivé – zejména u druhů, které si budují kostru z uhličitanu vápenatého, jako jsou koráli a amébám podobné organismy zvané foraminifera. Přebytečný vodík v mořské vodě s nízkým pH reaguje s uhličitanem vápenatým a mění ho na jiné sloučeniny, které živočichové nemohou použít ke stavbě svých schránek.
Tyto výsledky jsou znepokojivé nejen pro konkrétní druhy, které vědci studují, ale i pro ekosystémy, v nichž žijí. Některé z těchto zranitelných druhů mají zásadní význam pro celé ekosystémy v oceánu. Malé organismy tvořící schránky jsou potravou pro bezobratlé, jako jsou měkkýši a malé ryby, které jsou zase potravou pro větší predátory. Korálové útesy tvoří podmořský deštný prales, který je kolébkou čtvrtiny biologické rozmanitosti oceánu.
Laboratorní experimenty trvající několik dní nebo týdnů však samy o sobě nemusí vědcům říci, jak okyselování oceánů ovlivní celou planetu. „Není zřejmé, co znamenají v reálném světě,“ říká Ridgwell.
Jednou z možností, jak získat více informací, je podívat se na historii samotných oceánů, což Ridgwell a Schmidt ve své nové studii udělali. Na první pohled by se mohlo zdát, že se této historie nemusíme obávat. Před sto miliony let bylo v atmosféře více než pětkrát více oxidu uhličitého a oceán měl o 0,8 jednotky nižší pH. Přesto v něm bylo dostatek uhličitanu vápenatého pro foraminifery a další druhy. Právě v tomto období totiž mořské organismy vytvářející schránky vytvořily vápencové útvary, které se nakonec staly Bílými útesy v Doveru.
Je tu však zásadní rozdíl mezi Zemí před 100 miliony let a dnes. Tehdy se koncentrace oxidu uhličitého měnila v průběhu milionů let velmi pomalu. Tyto pomalé změny vyvolaly další pomalé změny v chemickém složení Země. Například jak se planeta kvůli většímu množství oxidu uhličitého oteplovala, zvýšené množství srážek přenášelo více minerálů z hor do oceánu, kde mohly měnit chemismus mořské vody. I při nízkém pH obsahuje oceán dostatek rozpuštěného uhličitanu vápenatého pro přežití korálů a dalších druhů.
Dnes však zaplavujeme atmosféru oxidem uhličitým rychlostí, jaká je v historii naší planety vzácná. Zpětná vazba zvětrávání planety nebude schopna kompenzovat náhlý pokles pH po stovky tisíc let.
Vědci pátrají ve fosilních záznamech po historických obdobích, která by mohla poskytnout vodítko k tomu, jak bude planeta reagovat na současný uhlíkový šok. Zjistili, že před 55 miliony let prošla Země podobnou změnou. Lee Kump z Pensylvánské státní univerzity a jeho kolegové odhadli, že během přibližně 10 000 let se do zemské atmosféry dostalo zhruba 6,8 bilionu tun uhlíku.
Nikdo nedokáže s jistotou říci, co všechno tento uhlík uvolnilo, ale zdá se, že to mělo drastický vliv na klima. Teploty se zvýšily o 5 až 9 stupňů Celsia (9 až 16 stupňů Fahrenheita). Mnoho hlubokovodních druhů vyhynulo, pravděpodobně proto, že pH hlubokého oceánu se stalo příliš nízkým na to, aby mohly přežít.
Tato dávná katastrofa (známá jako paleocénně-eocénní teplotní maximum neboli PETM) však nebyla dokonalým předobrazem toho, co se na Zemi děje dnes. Před výbuchem uhlíkové bomby byla teplota vyšší a pH oceánů bylo nižší. Také uspořádání kontinentů bylo jiné. V důsledku toho vanuly jiné větry, které hnaly oceány různými směry.
Všechny tyto faktory mají velký vliv na vliv okyselování oceánů. Například vliv, který má nízké pH na organismy tvořící kostru, závisí na tlaku a teplotě oceánu. Pod určitou hloubkou oceánu je voda tak studená a tlak tak vysoký, že pro organismy budující schránky nezbývá žádný uhličitan vápenatý. Tato hranice je známá jako horizont nasycení.
Naše civilizace poháněná uhlíkem ovlivňuje život všude na Zemi – i hluboko pod vodou.
Aby bylo možné smysluplně porovnat PETM a současnost, Ridgwell a Schmidt vytvořili rozsáhlé simulace oceánu v obou časových bodech. Vytvořili virtuální verzi Země před 55 miliony let a nechali simulaci běžet, dokud nedosáhla stabilního stavu. Úroveň pH jimi simulovaného oceánu se pohybovala v rozmezí odhadů pH skutečného oceánu před 55 miliony let. Poté vytvořili verzi současné Země s dnešním uspořádáním kontinentů, průměrnou teplotou a dalšími proměnnými. Nechali moderní svět dosáhnout stabilního stavu a poté zkontrolovali pH oceánu. Opět odpovídalo skutečnému pH zjištěnému v dnešních oceánech.
Ridgwell a Schmidt pak oba tyto simulované oceány otřásli masivními injekcemi oxidu uhličitého. Do svého světa PETM přidali 6,8 bilionu tun uhlíku za 10 000 let. Při použití konzervativních odhadů budoucích emisí uhlíku přidali do svého moderního světa 2,1 bilionu tun uhlíku za pouhých několik století. Ridgwell a Schmidt pak použili model k odhadu, jak snadno se budou karbonáty rozpouštět v různých hloubkách oceánu.
Výsledky se nápadně lišily. Ridgwell a Schmidt zjistili, že okyselování oceánů probíhá dnes asi desetkrát rychleji než před 55 miliony let. A zatímco před 55 miliony let se horizont nasycení zvýšil na 1 500 metrů, do roku 2150 se podle modelu vyhoupne v průměru na 550 metrů.
PETM byl dostatečně silný na to, aby vyvolal rozsáhlé vymírání v hlubokých oceánech. Dnešní rychlejší a větší změny oceánu mohou přinést novou vlnu vymírání. Paleontologové nenašli známky velkého vymírání korálů nebo jiných druhů na bázi karbonátů v povrchových vodách kolem PETM. Protože je však dnešní okyselování oceánů mnohem silnější, může mít vliv i na život v mělkých vodách. „Nemůžeme s jistotou říci nic o dopadech na ekosystémy, ale je zde mnoho důvodů k obavám,“ říká Ridgwell.
Ellen Thomasová, paleoceánografka z Yaleovy univerzity, říká, že nová práce „je velmi významná pro naše představy o okyselování oceánů“. Upozorňuje však, že život v oceánu byl bičován nejen klesajícím pH. „Nejsem přesvědčena, že je to celá odpověď,“ říká. Teplota oceánu se zvýšila a hladina kyslíku klesla. Všechny tyto změny dohromady měly před 55 miliony let komplexní vliv na biologii oceánu. Vědci nyní musí určit, jaký kombinovaný vliv budou mít na oceán v budoucnu.
Naše civilizace poháněná uhlíkem ovlivňuje podle práce vědců, jako je Ridgwell, život všude na Zemi – dokonce i život, který žije tisíce metrů pod vodou. „Dosah našich činů může být skutečně zcela globální,“ říká Ridgwell. Je docela možné, že oceánské sedimenty, které se vytvoří v příštích několika staletích, se změní z bílého uhličitanu vápenatého zpět na červený jíl, protože okyselování oceánů vyhladí hlubokomořské ekosystémy.
„Díky tomu budou mít lidé za stovky milionů let podle čeho identifikovat naši civilizaci,“ říká Ridgwell.
.