Joides Resolution ligner en bizar hybrid mellem en olieplatform og et fragtskib. Det er i virkeligheden et forskningsskib, som havforskere bruger til at grave sediment op fra havbunden. I 2003, på en rejse til det sydøstlige Atlanterhav, fandt forskerne om bord på JOIDES Resolution en særlig slående fangst.
De havde boret sig ned i sediment, der var blevet dannet på havbunden i løbet af millioner af år. Det ældste sediment i boret var hvidt. Det var blevet dannet af kalciumkarbonatskaller fra encellede organismer – den samme slags materiale, som danner de hvide klipper i Dover. Men da forskerne undersøgte det sediment, der var dannet for 55 millioner år siden, ændrede farven sig på et geologisk øjeblik.
“Midt i dette hvide sediment er der denne store prop af rødt ler,” siger Andy Ridgwell, der er jordforskningsforsker ved University of Bristol.
Med andre ord var de store skyer af skabninger med skaller i de dybe oceaner stort set forsvundet. Mange forskere er nu enige om, at denne ændring blev forårsaget af et drastisk fald i havets pH-niveau. Havvandet blev så ætsende, at det åd skallerne væk sammen med andre arter med calciumcarbonat i kroppen. Det tog hundredtusindvis af år, før havene kom sig over denne krise, og før havbunden igen blev rød og hvid igen.
Det ler, som besætningen på JOIDES Resolution gravede op, kan være en ildevarslende advarsel om, hvad fremtiden har i vente. Ved at spytte kuldioxid ud i luften er vi nu igen ved at gøre havene mere sure.
Lagring af CO2 i havene har en stor pris: Det ændrer havvandets kemi.
I dag offentliggør Ridgwell og Daniela Schmidt, også fra University of Bristol, en undersøgelse i tidsskriftet Natural Geoscience, hvor de sammenligner det, der skete i havene for 55 millioner år siden, med det, havene oplever i dag. Deres forskning understøtter det, som andre forskere længe har haft mistanke om: Forsuring af havene i dag er større og hurtigere end alt det, geologer kan finde i de fossile optegnelser for de sidste 65 millioner år. Ridgwell anslår, at den nuværende forsuring af havene sker ti gange så hurtigt som den hastighed, der gik forud for masseudryddelsen for 55 millioner år siden, og at den kan betyde undergang for mange marine arter, især dem, der lever i det dybe hav.
“Dette er en geologisk begivenhed næsten uden fortilfælde”, siger Ridgwell.
Når vi mennesker forbrænder fossile brændstoffer, pumper vi kuldioxid ud i atmosfæren, hvor gassen opfanger varme. Men en stor del af denne kuldioxid forbliver ikke i luften. I stedet bliver den suget ind i havene. Hvis det ikke var for havene, mener klimaforskere, at planeten ville være meget varmere, end den er i dag. Selv med havenes massive optag af CO2 var det seneste årti stadig det varmeste årti, siden moderne optegnelser begyndte at blive ført. Men lagring af kuldioxid i havene kan have en stor pris: Det ændrer havvandets kemi.
Overfladen har havvand typisk en pH-værdi på ca. 8 til 8,3 pH-enheder. Til sammenligning er pH-værdien i rent vand 7, og mavesyre er omkring 2. pH-værdien i en væske bestemmes af, hvor mange positivt ladede hydrogenatomer der flyder rundt i den. Jo flere hydrogenioner, jo lavere er pH-værdien. Når kuldioxid kommer ud i havet, sænker det pH-værdien ved at reagere med vand.
Den kuldioxid, vi har puttet i atmosfæren siden den industrielle revolution, har sænket havets pH-værdi med 0,1. Det kan virke lille, men det er det ikke. pH-skalaen er logaritmisk, hvilket betyder, at der er 10 gange flere hydrogenioner i en væske med pH 5 end i en væske med pH 6 og 100 gange flere end i en væske med pH 7. Derfor betyder et fald på blot 0,1 pH-enheder, at koncentrationen af hydrogenioner i havet er steget med ca. 30 procent i løbet af de sidste to århundreder.
For at se, hvordan forsuring af havet vil påvirke livet i havet, har forskere gennemført laboratorieforsøg, hvor de opdrætter organismer ved forskellige pH-niveauer. Resultaterne har været foruroligende – især for arter, der opbygger skeletter af kalciumkarbonat, som f.eks. koraller og amøbelagtige organismer kaldet foraminiferer. Det ekstra brint i havvand med lav pH-værdi reagerer med calciumcarbonat og omdanner det til andre forbindelser, som dyrene ikke kan bruge til at bygge deres skaller.
Disse resultater er bekymrende, ikke kun for de særlige arter, som forskerne studerer, men også for de økosystemer, som de lever i. Nogle af disse sårbare arter er afgørende for hele økosystemer i havet. Små organismer, der bygger skaller, er føde for hvirvelløse dyr som bløddyr og små fisk, som igen er føde for større rovdyr. Koralrevene skaber en undervandsregnskov, der rummer en fjerdedel af havets biodiversitet.
Men laboratorieforsøg, der kun varer et par dage eller uger, kan ikke i sig selv fortælle forskerne, hvordan forsuring af havene vil påvirke hele planeten. “Det er ikke indlysende, hvad de betyder i den virkelige verden,” siger Ridgwell.
En måde at få flere oplysninger på er at se på selve havenes historie, og det er det, Ridgwell og Schmidt har gjort i deres nye undersøgelse. Ved første øjekast kunne denne historie tyde på, at vi ikke har noget at bekymre os om. For hundrede millioner år siden var der over fem gange mere kuldioxid i atmosfæren, og havets pH-værdi var 0,8 pH-enheder lavere. Alligevel var der masser af kalciumkarbonat til foraminiferer og andre arter. Det var faktisk i denne periode, at marine organismer, der byggede skaller, producerede de kalkstensformationer, der senere skulle blive til White Cliffs of Dover.
Men der er en afgørende forskel mellem Jorden for 100 millioner år siden og i dag. Dengang ændrede kuldioxidkoncentrationerne sig meget langsomt over millioner af år. Disse langsomme ændringer udløste andre langsomme ændringer i Jordens kemi. Da planeten blev varmere på grund af mere kuldioxid, førte den øgede nedbør f.eks. flere mineraler fra bjergene med sig ud i havet, hvor de kunne ændre havvandets kemi. Selv ved lav pH-værdi indeholder havet nok opløst kalciumkarbonat til, at koraller og andre arter kan overleve.
I dag oversvømmer vi imidlertid atmosfæren med kuldioxid i en hastighed, der sjældent er set i vores planets historie. Planetens vejrforandringer vil ikke være i stand til at kompensere for det pludselige fald i pH-værdien i hundredtusindvis af år.
Videnskabsfolk har gennemsøgt de fossile optegnelser efter perioder i historien, der kan give et fingerpeg om, hvordan planeten vil reagere på det nuværende kulstofstød. De har fundet ud af, at Jorden gennemgik en lignende ændring for 55 millioner år siden. Lee Kump fra Penn State og hans kolleger har anslået, at ca. 6,8 billioner tons kulstof kom ind i Jordens atmosfære i løbet af ca. 10.000 år.
Ingen kan med sikkerhed sige, hvad der udløste alt dette kulstof, men det ser ud til at have haft en drastisk virkning på klimaet. Temperaturerne steg mellem 5 og 9 grader celsius (9 til 16 Fahrenheit). Mange dybhavsarter uddøde, muligvis fordi pH-værdien i det dybe hav blev for lav til, at de kunne overleve.
Men denne gamle katastrofe (kendt som det palæocæne-øcæne termiske maksimum, eller PETM) var ikke en perfekt forløber for det, der sker på Jorden i dag. Temperaturen var varmere, før kulstofbomben gik af, og havenes pH-værdi var lavere. Indretningen af kontinenterne var også anderledes. Vindene blæste derfor i forskellige mønstre, hvilket drev oceanerne i forskellige retninger.
Alle disse faktorer gør en stor forskel på virkningen af havforsuring. For eksempel afhænger den virkning, som en lav pH-værdi har på skeletopbyggende organismer, af trykket og temperaturen i havet. Under en vis dybde i havet bliver vandet så koldt og trykket så højt, at der ikke er noget kalciumkarbonat tilbage til de skeletopbyggende organismer. Denne tærskel er kendt som mætningshorisonten.
Vores kulstofdrevne civilisation påvirker livet overalt på Jorden – selv dybt under vandet.
For at lave en meningsfuld sammenligning mellem PETM og i dag byggede Ridgwell og Schmidt storskalasimuleringer af havet på begge tidspunkter. De skabte en virtuel version af Jorden for 55 millioner år siden og lod simuleringen køre, indtil den nåede en stabil tilstand. pH-værdien i deres simulerede hav faldt inden for intervallet af skøn over pH-værdien i det faktiske hav for 55 millioner år siden. Derefter byggede de en version af den moderne jord med nutidens inddeling af kontinenter, gennemsnitstemperatur og andre variabler. De lod den moderne verden nå en stabil tilstand og kontrollerede derefter havets pH-værdi. Igen stemte den overens med den reelle pH-værdi, der findes i havene i dag.
Ridgwell og Schmidt rystede derefter begge disse simulerede oceaner med massive indsprøjtninger af kuldioxid. De tilføjede 6,8 billioner tons kulstof over 10.000 år til deres PETM-verden. Ved at bruge konservative fremskrivninger af fremtidige kulstofemissioner tilføjede de 2,1 billioner tons kulstof over blot et par århundreder til deres moderne verden. Ridgwell og Schmidt brugte derefter modellen til at vurdere, hvor let karbonat ville opløses på forskellige dybder i havet.
Resultaterne var slående forskellige. Ridgwell og Schmidt fandt, at forsuring af havene sker omkring ti gange hurtigere i dag end for 55 millioner år siden. Og mens mætningshorisonten steg til 1.500 meter for 55 mio. år siden, vil den ifølge modellen slingre op til 550 meter i gennemsnit i 2150.
PETM var kraftig nok til at udløse udbredte udryddelser i de dybe oceaner. Nutidens hurtigere og større ændringer i havet kan meget vel medføre en ny bølge af udryddelser. Palæontologer har ikke fundet tegn på større udryddelser af koraller eller andre karbonatbaserede arter i overfladevandene omkring PETM. Men da nutidens forsuring af havene er så meget kraftigere, kan den også påvirke livet på lavt vand. “Vi kan ikke sige noget med sikkerhed om virkningerne på økosystemerne, men der er meget grund til bekymring,” siger Ridgwell.
Ellen Thomas, en palæoceanograf ved Yale University, siger, at den nye artikel “er meget vigtig for vores idéer om forsuring af havene”. Men hun påpeger, at livet i havet blev ramt af mere end blot en faldende pH-værdi. “Jeg er ikke overbevist om, at det er hele svaret”, siger hun. Temperaturen i havet steg, og iltniveauet faldt. Tilsammen havde alle disse ændringer komplekse virkninger på havets biologi for 55 millioner år siden. Forskerne skal nu afgøre, hvilken slags kombineret effekt de vil have på havet i fremtiden.
Vores kulstofdrevne civilisation påvirker livet overalt på Jorden, ifølge arbejdet fra forskere som Ridgwell – selv livet, der lever tusindvis af meter under vandet. “Vores handlinger kan virkelig have en ret global rækkevidde”, siger Ridgwell. Det er meget muligt, at havets sedimenter, der dannes i de næste par århundreder, vil ændre sig fra det hvide kalciumkarbonat tilbage til rødt ler, efterhånden som havforsuring udrydder økosystemerne i dybhavet.
“Det vil give folk om hundreder af millioner af år noget at identificere vores civilisation på”, siger Ridgwell.