Rezolvarea JOIDES arată ca un hibrid bizar între o platformă petrolieră și un cargobot. Este, de fapt, o navă de cercetare pe care oamenii de știință oceanici o folosesc pentru a extrage sedimente de pe fundul mării. În 2003, în timpul unei călătorii în sud-estul Atlanticului, oamenii de știință de la bordul JOIDES Resolution au scos la suprafață o captură deosebit de izbitoare.
Au forat în sedimente care s-au format pe fundul mării în decursul a milioane de ani. Cel mai vechi sediment din foraj era alb. Fusese format de cochiliile de carbonat de calciu ale unor organisme unicelulare – același tip de material care alcătuiește stâncile albe din Dover. Dar când oamenii de știință au examinat sedimentele care se formaseră cu 55 de milioane de ani în urmă, culoarea s-a schimbat într-o clipită geologică.
„În mijlocul acestui sediment alb, există acest dop mare de argilă roșie”, spune Andy Ridgwell, un cercetător al pământului de la Universitatea din Bristol.
Cu alte cuvinte, norii uriași de creaturi cu cochilii din adâncurile oceanelor au dispărut practic. Mulți oameni de știință sunt acum de acord că această schimbare a fost cauzată de o scădere drastică a nivelului de pH al oceanului. Apa de mare a devenit atât de corozivă încât a mâncat cochiliile, împreună cu alte specii cu carbonat de calciu în corpul lor. A fost nevoie de sute de mii de ani pentru ca oceanele să își revină din această criză și pentru ca fundul mării să se transforme din roșu în alb.
Argila pe care echipajul de pe JOIDES Resolution a scos-o la suprafață poate fi un avertisment de rău augur pentru ceea ce ne rezervă viitorul. Scuipând dioxid de carbon în aer, acum facem din nou oceanele mai acide.
Înmagazinarea CO2 în oceane are un cost ridicat: schimbă chimia apei de mare.
Astăzi, Ridgwell și Daniela Schmidt, tot de la Universitatea din Bristol, publică un studiu în revista Natural Geoscience, comparând ceea ce s-a întâmplat în oceane acum 55 de milioane de ani cu ceea ce se întâmplă în oceane în prezent. Cercetarea lor susține ceea ce alți cercetători bănuiesc de mult timp: Acidificarea actuală a oceanelor este mai mare și mai rapidă decât tot ceea ce pot găsi geologii în înregistrările fosile din ultimii 65 de milioane de ani. Într-adevăr, viteza și forța sa – Ridgwell estimează că actuala acidificare a oceanelor are loc la o rată de zece ori mai mare decât cea care a precedat extincția în masă de acum 55 de milioane de ani – ar putea însemna sfârșitul pentru multe specii marine, în special pentru cele care trăiesc în adâncurile oceanului.
„Acesta este un eveniment geologic aproape fără precedent”, spune Ridgwell.
Când noi, oamenii, ardem combustibili fosili, pompăm dioxid de carbon în atmosferă, unde acest gaz reține căldura. Dar o mare parte din acest dioxid de carbon nu rămâne în aer. În schimb, este aspirat în oceane. Dacă nu ar fi fost oceanele, oamenii de știință din domeniul climei cred că planeta ar fi fost mult mai caldă decât este în prezent. Chiar și cu absorbția masivă de CO2 de către oceane, ultimul deceniu a fost totuși cel mai cald de la începutul înregistrărilor moderne. Dar stocarea dioxidului de carbon în oceane ar putea avea un cost ridicat: schimbă chimia apei de mare.
La suprafața oceanului, apa de mare are de obicei un pH de aproximativ 8 până la 8,3 unități pH. Pentru comparație, pH-ul apei pure este de 7, iar acidul gastric este în jur de 2. Nivelul de pH al unui lichid este determinat de numărul de atomi de hidrogen încărcați pozitiv care plutesc în el. Cu cât sunt mai mulți ioni de hidrogen, cu atât pH-ul este mai mic. Atunci când dioxidul de carbon intră în ocean, acesta scade pH-ul prin reacția cu apa.
Dioxidul de carbon pe care l-am introdus în atmosferă de la Revoluția Industrială încoace a scăzut nivelul pH-ului oceanului cu 0,1. Acest lucru poate părea mic, dar nu este. Scara pH-ului este logaritmică, ceea ce înseamnă că într-un lichid cu pH 5 sunt de 10 ori mai mulți ioni de hidrogen decât într-unul cu pH 6 și de 100 de ori mai mulți decât într-unul cu pH 7. Prin urmare, o scădere de doar 0,1 unități de pH înseamnă că concentrația de ioni de hidrogen din ocean a crescut cu aproximativ 30 de procente în ultimele două secole.
Pentru a vedea cum va afecta acidificarea oceanului viața din ocean, oamenii de știință au efectuat experimente de laborator în care au crescut organisme la diferite niveluri de pH. Rezultatele au fost îngrijorătoare – în special pentru speciile care își construiesc scheletul din carbonat de calciu, cum ar fi coralii și organismele asemănătoare amibelor numite foraminifere. Hidrogenul suplimentar din apa de mare cu pH scăzut reacționează cu carbonatul de calciu, transformându-l în alți compuși pe care animalele nu îi pot folosi pentru a-și construi carapacele.
Aceste rezultate sunt îngrijorătoare, nu doar pentru speciile particulare pe care oamenii de știință le studiază, ci și pentru ecosistemele în care acestea trăiesc. Unele dintre aceste specii vulnerabile sunt cruciale pentru întregi ecosisteme din ocean. Organismele mici care construiesc cochilii sunt hrană pentru nevertebrate, cum ar fi moluștele și peștii mici, care, la rândul lor, sunt hrană pentru prădătorii mai mari. Recifele de corali creează o pădure tropicală subacvatică, adăpostind un sfert din biodiversitatea oceanului.
Dar pe cont propriu, experimentele de laborator care durează câteva zile sau săptămâni pot să nu le spună oamenilor de știință cum va afecta acidificarea oceanelor întreaga planetă. „Nu este evident ce înseamnă acestea în lumea reală”, spune Ridgwell.
O modalitate de a obține mai multe informații este de a examina istoria oceanelor în sine, ceea ce au făcut Ridgwell și Schmidt în noul lor studiu. La prima vedere, această istorie ar putea sugera că nu avem de ce să ne facem griji. În urmă cu o sută de milioane de ani, în atmosferă era de peste cinci ori mai mult dioxid de carbon, iar oceanul avea un pH de 0,8 unități mai mic. Cu toate acestea, exista o mulțime de carbonat de calciu pentru foraminifere și alte specii. În această perioadă, de fapt, organismele marine care construiesc cochilii au produs formațiunile de calcar care vor deveni în cele din urmă stâncile albe din Dover.
Dar există o diferență crucială între Pământul de acum 100 de milioane de ani și cel de astăzi. Atunci, concentrațiile de dioxid de carbon se schimbau foarte încet de-a lungul a milioane de ani. Aceste schimbări lente au declanșat alte schimbări lente în chimia Pământului. De exemplu, pe măsură ce planeta se încălzea din cauza creșterii cantității de dioxid de carbon, precipitațiile crescute transportau mai multe minerale din munți în ocean, unde puteau modifica chimia apei de mare. Chiar și la un pH scăzut, oceanul conține suficient carbonat de calciu dizolvat pentru ca coralii și alte specii să supraviețuiască.
Astăzi, însă, inundăm atmosfera cu dioxid de carbon într-un ritm rar întâlnit în istoria planetei noastre. Reacțiile meteorologice ale planetei nu vor fi capabile să compenseze scăderea bruscă a pH-ului timp de sute de mii de ani.
Cercetătorii au cercetat arhivele fosile pentru a găsi perioade istorice care ar putea oferi indicii despre modul în care planeta va răspunde la actualul șoc de carbon. Ei au descoperit că în urmă cu 55 de milioane de ani, Pământul a trecut printr-o schimbare similară. Lee Kump de la Penn State și colegii săi au estimat că aproximativ 6,8 trilioane de tone de carbon au intrat în atmosfera Pământului pe parcursul a aproximativ 10.000 de ani.
Nimeni nu poate spune cu siguranță ce a dezlănțuit tot acest carbon, dar se pare că a avut un efect drastic asupra climei. Temperaturile au crescut între 5 și 9 grade Celsius (9 și 16 Fahrenheit). Multe specii de apă adâncă au dispărut, probabil deoarece pH-ul din adâncul oceanului a devenit prea scăzut pentru ca acestea să supraviețuiască.
Dar această catastrofă antică (cunoscută sub numele de maximul termic Paleocen-Eocen, sau PETM) nu a fost o prequel perfectă pentru ceea ce se întâmplă astăzi pe Pământ. Temperatura era mai caldă înainte ca bomba de carbon să explodeze, iar pH-ul oceanelor era mai scăzut. Dispunerea continentelor era, de asemenea, diferită. Ca urmare, vânturile au suflat în modele diferite, împingând oceanele în direcții diferite.
Toți acești factori fac o mare diferență asupra efectului acidificării oceanelor. De exemplu, efectul pe care pH-ul scăzut îl are asupra organismelor care construiesc scheletul depinde de presiunea și temperatura din ocean. Sub o anumită adâncime a oceanului, apa devine atât de rece și presiunea atât de mare încât nu mai există carbonat de calciu pentru organismele care construiesc cochilii. Acest prag este cunoscut sub numele de orizont de saturație.
Civilizația noastră alimentată cu carbon afectează viața peste tot pe Pământ – chiar și în adâncul apelor.
Pentru a face o comparație semnificativă între PETM și zilele noastre, Ridgwell și Schmidt au construit simulări la scară largă ale oceanului în ambele momente de timp. Ei au creat o versiune virtuală a Pământului de acum 55 de milioane de ani și au lăsat simularea să funcționeze până când a atins o stare stabilă. Nivelul pH-ului oceanului simulat de ei s-a încadrat în intervalul de estimare a pH-ului oceanului real de acum 55 de milioane de ani. Apoi au construit o versiune a Pământului modern, cu dispunerea actuală a continentelor, temperatura medie și alte variabile. Au lăsat lumea modernă să ajungă la o stare stabilă și apoi au verificat pH-ul oceanului. Încă o dată, acesta s-a potrivit cu pH-ul real găsit în oceanele de astăzi.
Ridgwell și Schmidt au zdruncinat apoi ambele oceane simulate cu injecții masive de dioxid de carbon. Ei au adăugat 6,8 trilioane de tone de carbon pe parcursul a 10.000 de ani în lumea lor PETM. Folosind proiecții conservatoare ale viitoarelor emisii de carbon, ei au adăugat 2,1 trilioane de tone de carbon în doar câteva secole în lumea lor modernă. Ridgwell și Schmidt au folosit apoi modelul pentru a estima cât de ușor s-ar dizolva carbonatul la diferite adâncimi ale oceanului.
Rezultatele au fost surprinzător de diferite. Ridgwell și Schmidt au descoperit că acidificarea oceanelor are loc de aproximativ zece ori mai repede în prezent decât în urmă cu 55 de milioane de ani. Și în timp ce orizontul de saturație a crescut până la 1.500 de metri în urmă cu 55 de milioane de ani, acesta va sări până la 550 de metri în medie până în 2150, conform modelului.
PETM a fost suficient de puternic pentru a declanșa extincții pe scară largă în adâncurile oceanelor. Schimbările mai rapide și mai mari din prezent ale oceanului ar putea aduce un nou val de extincții. Paleontologii nu au găsit semne de extincții majore ale coralilor sau ale altor specii bazate pe carbonat în apele de suprafață în jurul PETM. Dar, având în vedere că acidificarea actuală a oceanelor este mult mai puternică, aceasta ar putea afecta și viața din apele de mică adâncime. „Nu putem spune lucruri cu siguranță despre impactul asupra ecosistemelor, dar există o mulțime de motive de îngrijorare”, spune Ridgwell.
Ellen Thomas, paleoceanograf la Universitatea Yale, spune că noua lucrare „este extrem de semnificativă pentru ideile noastre despre acidificarea oceanelor”. Dar ea subliniază că viața în ocean a fost zdruncinată de mai mult decât de o simplă scădere a pH-ului. „Nu sunt convinsă că acesta este întregul răspuns”, spune ea. Temperatura oceanului a crescut, iar nivelul de oxigen a scăzut. Împreună, toate aceste schimbări au avut efecte complexe asupra biologiei oceanului în urmă cu 55 de milioane de ani. Oamenii de știință trebuie acum să determine ce fel de efect combinat vor avea ele asupra oceanului în viitor.
Civilizația noastră alimentată cu carbon afectează viața peste tot pe Pământ, conform lucrărilor unor oameni de știință precum Ridgwell – chiar și viața care locuiește la mii de metri sub apă. „Raza de acțiune a acțiunilor noastre poate fi într-adevăr destul de globală”, spune Ridgwell. Este foarte posibil ca sedimentele oceanice care se vor forma în următoarele câteva secole să se transforme din albul carbonatului de calciu înapoi în argilă roșie, pe măsură ce acidificarea oceanelor va nimici ecosistemele din adâncuri.
„Le va oferi oamenilor peste sute de milioane de ani de acum încolo ceva după care să identifice civilizația noastră”, spune Ridgwell.
.