A JOIDES Resolution úgy néz ki, mint egy olajfúrótorony és egy teherhajó bizarr keveréke. Valójában egy kutatóhajó, amelyet óceánkutatók arra használnak, hogy üledéket ássanak ki a tengerfenékről. 2003-ban, az Atlanti-óceán délkeleti részén tett útjuk során a JOIDES Resolution fedélzetén tartózkodó tudósok különösen feltűnő zsákmányt hoztak felszínre.
A tengerfenéken évmilliók alatt kialakult üledékbe fúrtak le. A fúrásban talált legrégebbi üledék fehér volt. Egysejtű élőlények kalcium-karbonátos héjából alakult ki – ugyanabból az anyagból, amelyből a doveri fehér sziklák is állnak. Amikor azonban a tudósok megvizsgálták az 55 millió évvel ezelőtt keletkezett üledéket, a szín egy geológiai szempillantás alatt megváltozott.
“Ennek a fehér üledéknek a közepén ott van ez a nagy vörös agyagdugó” – mondja Andy Ridgwell, a Bristoli Egyetem földtudósa.”
Más szóval, a mély óceánokban a héjas élőlények hatalmas felhői gyakorlatilag eltűntek. Sok tudós ma már egyetért abban, hogy ezt a változást az óceán pH-szintjének drasztikus csökkenése okozta. A tengervíz annyira maróvá vált, hogy felemésztette a kagylókat, más, kalcium-karbonátot tartalmazó fajokkal együtt. Több százezer évbe telt, amíg az óceánok kiheverték ezt a válságot, és a tengerfenék vörösből újra fehérré változott.
Az agyag, amelyet a JOIDES Resolution legénysége kotort ki, baljós figyelmeztetés lehet arra, hogy mit tartogat a jövő. Azzal, hogy szén-dioxidot okádunk a levegőbe, most ismét savasabbá tesszük az óceánokat.
A CO2 tárolásának az óceánokban nagy ára van: megváltoztatja a tengervíz kémiáját.
A mai napon Ridgwell és Daniela Schmidt, szintén a Bristoli Egyetemről, a Natural Geoscience című folyóiratban publikálnak egy tanulmányt, amelyben összehasonlítják, mi történt az óceánokban 55 millió évvel ezelőtt és mi tapasztalható az óceánokban ma. Kutatásuk alátámasztja azt, amit más kutatók már régóta sejtenek: Az óceánok savasodása ma nagyobb és gyorsabb, mint bármi, amit a geológusok az elmúlt 65 millió év fosszilis feljegyzéseiben találnak. Sőt, ez a sebesség és erősség – Ridgwell becslése szerint az óceánok jelenlegi elsavasodása tízszer olyan gyorsan zajlik, mint az 55 millió évvel ezelőtti tömeges kihalást megelőzően – számos tengeri faj számára végzetes lehet, különösen azok számára, amelyek az óceán mélyén élnek.
“Ez egy szinte példa nélküli geológiai esemény” – mondja Ridgwell.
Amikor mi, emberek fosszilis tüzelőanyagokat égetünk, szén-dioxidot pumpálunk a légkörbe, ahol a gáz megköti a hőt. A szén-dioxid nagy része azonban nem marad a levegőben. Ehelyett az óceánokba kerül. Ha az óceánok nem lennének, a klímatudósok szerint a bolygó sokkal melegebb lenne, mint amilyen ma. Még az óceánok hatalmas CO2-felvétele ellenére is az elmúlt évtized volt a legmelegebb a modern feljegyzések kezdete óta. A szén-dioxid óceánokban való tárolásának azonban komoly ára lehet: megváltoztatja a tengervíz kémhatását.
Az óceán felszínén a tengervíz pH-ja általában 8-8,3 pH-egység. Összehasonlításképpen: a tiszta víz pH-ja 7, a gyomorsavé pedig 2 körül van. Egy folyadék pH-értékét az határozza meg, hogy hány pozitív töltésű hidrogénatom lebeg benne. Minél több a hidrogénion, annál alacsonyabb a pH-érték. Amikor szén-dioxid kerül az óceánba, a vízzel reagálva csökkenti a pH-értéket.
A szén-dioxid, amit az ipari forradalom óta a légkörbe juttattunk, 0,1 %-kal csökkentette az óceánok pH-szintjét. Ez apróságnak tűnhet, de nem az. A pH-skála logaritmikus, ami azt jelenti, hogy egy pH 5-ös folyadékban 10-szer több hidrogénion van, mint egy pH 6-osban, és 100-szor több, mint egy pH 7-esben. Ennek eredményeképpen egy mindössze 0,1 pH-egységnyi csökkenés azt jelenti, hogy az óceánban a hidrogénionok koncentrációja az elmúlt két évszázadban mintegy 30 százalékkal emelkedett.
Azért, hogy lássák, hogyan hat az óceánok elsavasodása az óceán élővilágára, a tudósok olyan laboratóriumi kísérleteket végeztek, amelyekben különböző pH-szinteken neveltek szervezeteket. Az eredmények aggasztóak voltak – különösen a kalcium-karbonátból csontvázat építő fajok, például a korallok és a foraminiferáknak nevezett amőba-szerű élőlények esetében. Az alacsony pH-értékű tengervízben lévő extra hidrogén reakcióba lép a kalcium-karbonáttal, és más vegyületekké alakítja azt, amelyeket az állatok nem tudnak felhasználni a héjuk felépítéséhez.
Az eredmények nem csak a tudósok által vizsgált fajok, hanem az ökoszisztémák szempontjából is aggasztóak, amelyekben élnek. E sérülékeny fajok némelyike létfontosságú az óceánok egész ökoszisztémái számára. A kisméretű, kagylót alkotó élőlények táplálékot jelentenek a gerinctelenek, például a puhatestűek és a kis halak számára, amelyek viszont a nagyobb ragadozók táplálékát jelentik. A korallzátonyok víz alatti esőerdőt alkotnak, és az óceán biológiai sokféleségének egynegyedét őrzik.
A néhány napig vagy hétig tartó laboratóriumi kísérletek önmagukban azonban nem mondhatják el a tudósoknak, hogy az óceánok elsavasodása hogyan hat az egész bolygóra. “Nem nyilvánvaló, hogy ezek mit jelentenek a való világban” – mondja Ridgwell.
Az egyik módja annak, hogy több információhoz jussunk, ha magukat az óceánok történetét vizsgáljuk, amit Ridgwell és Schmidt új tanulmányukban meg is tettek. Első pillantásra ez a történelem azt sugallhatja, hogy nincs miért aggódnunk. Százmillió évvel ezelőtt több mint ötször annyi szén-dioxid volt a légkörben, és az óceán pH-értéke 0,8 egységgel alacsonyabb volt. Mégis bőven volt kalcium-karbonát a foraminiferák és más fajok számára. Valójában ebben az időszakban hozták létre a kagylót alkotó tengeri élőlények azokat a mészkőalakzatokat, amelyekből végül a doveri fehér sziklák lettek.
A 100 millió évvel ezelőtti és a mai Föld között azonban van egy döntő különbség. Akkoriban a szén-dioxid-koncentráció nagyon lassan, évmilliók alatt változott. Ezek a lassú változások más lassú változásokat váltottak ki a Föld kémiájában. Például, ahogy a bolygó melegedett a több szén-dioxidtól, a megnövekedett csapadék több ásványi anyagot szállított a hegyekből az óceánba, ahol ezek megváltoztathatták a tengervíz kémiai összetételét. Az óceán még alacsony pH-nál is elegendő oldott kalcium-karbonátot tartalmaz a korallok és más fajok túléléséhez.
Ma azonban olyan ütemben árasztjuk el a légkört szén-dioxiddal, amilyenre bolygónk történetében ritkán volt példa. A bolygó időjárási visszacsatolásai több százezer évig nem lesznek képesek kompenzálni a hirtelen pH-csökkenést.
A tudósok átfésülik a fosszilis feljegyzéseket olyan történelmi időszakok után kutatva, amelyek támpontokat adhatnak ahhoz, hogy a bolygó hogyan fog reagálni a jelenlegi szén-dioxid-kitörésre. Azt találták, hogy 55 millió évvel ezelőtt a Föld hasonló változáson ment keresztül. Lee Kump, a Penn State Egyetem munkatársa és kollégái becslése szerint nagyjából 6,8 billió tonna szén került a Föld légkörébe mintegy 10 000 év alatt.
Senki sem tudja biztosan megmondani, hogy mi szabadította fel ezt a sok szenet, de úgy tűnik, drasztikus hatással volt az éghajlatra. A hőmérséklet 5 és 9 Celsius-fok (9-16 Fahrenheit) között emelkedett. Sok mélytengeri faj kihalt, valószínűleg azért, mert az óceán mélyének pH-ja túl alacsony lett a túlélésükhöz.
De ez az ősi katasztrófa (amelyet paleocén-eocén hőmaximumnak vagy PETM-nek neveznek) nem volt tökéletes előzménye annak, ami ma a Földön történik. A szénbomba felrobbanása előtt melegebb volt a hőmérséklet, és az óceánok pH-ja alacsonyabb volt. A kontinensek elrendeződése is más volt. Ennek következtében a szelek más-más mintázatban fújtak, más irányba hajtva az óceánokat.
Mindezek a tényezők nagyban befolyásolják az óceánok elsavasodásának hatását. Például az alacsony pH-értéknek a csontvázat felépítő szervezetekre gyakorolt hatása az óceán nyomásától és hőmérsékletétől függ. Egy bizonyos óceáni mélység alatt a víz olyan hideggé válik, a nyomás pedig olyan magas, hogy nem marad kalcium-karbonát a héjképző szervezetek számára. Ezt a küszöbértéket telítési horizontnak nevezik.
A szénalapú civilizációnk a Földön mindenütt hatással van az életre – még a víz mélyén is.
A PETM és napjaink közötti érdemi összehasonlítás érdekében Ridgwell és Schmidt nagyszabású szimulációkat készített az óceánról mindkét időpontban. Létrehozták a Föld 55 millió évvel ezelőtti virtuális változatát, és addig hagyták futni a szimulációt, amíg az el nem ért egy stabil állapotot. Az általuk szimulált óceán pH-szintje az 55 millió évvel ezelőtti tényleges óceán pH-jára vonatkozó becslések tartományába esett. Ezután létrehozták a mai Föld egy változatát, a kontinensek mai elrendezésével, az átlaghőmérséklettel és más változókkal. Hagyták, hogy a modern világ stabil állapotba kerüljön, majd ellenőrizték az óceán pH-ját. Ismét megegyezett a mai óceánokban talált valós pH-val.
Ridgwell és Schmidt ezután mindkét szimulált óceánt hatalmas szén-dioxid-injekciókkal rázta meg. A PETM világukhoz 10 000 év alatt 6,8 billió tonna szenet adtak hozzá. A jövőbeli szén-dioxid-kibocsátásra vonatkozó konzervatív előrejelzéseket használva, mindössze néhány évszázad alatt 2,1 billió tonna szén-dioxidot adtak hozzá a modern világukhoz. Ridgwell és Schmidt ezután a modellt arra használták, hogy megbecsüljék, milyen könnyen oldódik a karbonát az óceán különböző mélységeiben.
Az eredmények szembetűnően eltérőek voltak. Ridgwell és Schmidt azt találta, hogy az óceánok savasodása ma körülbelül tízszer gyorsabban zajlik, mint 55 millió évvel ezelőtt. És míg 55 millió évvel ezelőtt a telítési horizont 1500 méterig emelkedett, a modell szerint 2150-re átlagosan 550 méterre fog felcsúszni.
A PETM elég erőteljes volt ahhoz, hogy széles körű kihalást indítson el az óceánok mélyén. Az óceánok mai gyorsabb, nagyobb mértékű változásai újabb kihalási hullámot hozhatnak. A paleontológusok a PETM körül a felszíni vizekben nem találtak jeleket a korallok vagy más karbonát alapú fajok nagyobb mértékű kihalására. Mivel azonban a mai óceánok savasodása sokkal erősebb, a sekélyebb vizekben élő élővilágot is érintheti. “Nem tudunk biztos dolgokat mondani az ökoszisztémákra gyakorolt hatásokról, de sok okunk van az aggodalomra” – mondja Ridgwell.
Ellen Thomas, a Yale Egyetem paleoceanográfusa szerint az új tanulmány “rendkívül jelentős az óceánok elsavasodásáról alkotott elképzeléseink szempontjából”. De rámutat, hogy az óceánban élő életet nem csak a csökkenő pH-érték bolygatta meg. “Nem vagyok meggyőződve arról, hogy ez a teljes válasz” – mondja. Az óceán hőmérséklete emelkedett, az oxigénszint pedig csökkent. Mindezek a változások együttesen összetett hatással voltak az óceán biológiájára 55 millió évvel ezelőtt. A tudósoknak most azt kell meghatározniuk, hogy ezek együttesen milyen hatással lesznek az óceánra a jövőben.
A Ridgwellhez hasonló tudósok munkája szerint a szénalapú civilizációnk a Földön mindenütt hatással van az életre – még a több ezer méter mélyen a víz alatt élő életre is. “Tetteink hatása valóban eléggé globális lehet” – mondja Ridgwell. Teljesen elképzelhető, hogy a következő évszázadokban képződő óceáni üledékek a kalcium-karbonát fehérjéből visszaváltoznak vörös agyaggá, ahogy az óceánok savasodása kiirtja a mélytengeri ökoszisztémákat.
“Ez több százmillió év múlva az embereknek ad majd valamit, amivel azonosítani tudják a civilizációnkat” – mondja Ridgwell.