Effecten van toenemende warmte en CO2 op het leven in zee Jack Middelburg Universiteit Utrecht Darwin Centrum voor Biogeologie Netherlands Earth System Science Centre
21 Oktober 2014
KNAW
Oceaan in hoge kooldioxide wereld 1. Versterkt broeikaseffect en opwarming Presentatie Henk Dijkstra 2. Oceaan verzuring: het andere CO2 probleem Presentatie Hein de Baar Toekomstige Oceaan: • Warmer en zuurstof armer • Verzuurd
Opwarming en Ecosystemen • Directe effecten: – Fysica: stratificatie en circulatie – Chemie: oplosbaarheid van zuurstof – Biologie: fysiologie van organismen
• Indirecte effecten op biologie: – Verandering in algengroei – Zuurstofarme zones – Interacties tussen organismen
Verandering in Algengroei? 1 % global decline per year
Opwarmen geeft meer stratificatie: • Hoge breedtegraden: positief effect want licht gelimiteerd • Lage breedtegraden: negatief effect want voedingsstoffen gelimiteerd
Boyce et al. Nature (2010)
Zuurstof @ 400 m diepte in de oceaan
Zuurstof vanaf 1960
•Jaarlijks een afname van 0.09 to 0.34 μM per year. •De zuurstofarme zone (blauw) is breder en intenser (donker blauw) geworden
•Meeste hogere organismen hebben problemen bij overgang blauw/lichtblauw. •Micro-organismen worden belangrijker. Stramma et al. 2008
Veranderende interacties tussen organismen: Experimenteel bewijs
Opwarming: Wohlers J et al. PNAS 2009 •Klein effect op algengroei •Meer energie gaat naar micro-organismen en minder naar hogere organismen (vissen) •Minder export van organisch materiaal naar diepzee
Oceaan verzuring
Toename: • CO2 • HCO3-
Afname: • CO32Toename: • H+ (verzuring)
Biologische Consequenties • Toename H+ – Beschikbaarheid essentiële metalen voor algen – Demping/voortplanting geluid in oceaan: onderwater geluid
• Afname CO32-
– Invloed op CaCO3 evenwichten en dus vorming van kalk door organismen
• Toename CO2 & HCO3-
– Substraat voor primaire producenten (algen, zeegras, etc)
Geluid in toekomstige oceaan • Geluid demping hangt af van pH (MgSO4, boraat complexen) • 0.3 pH afname, impliceert ongeveer 40 % afname in demping lage tonen • Consequenties onderwatergeluid
Kalk vorming: CO32- beschikbaarheid is essentieel Evenwicht: Ca2+ + CO32- = CaCO3 W=
[Ca2+] x [CO32-]
Koplosbaarheid
W> 1: kalk neerslag W< 1: kalk lost op
Twee soorten kalk: Calciet (minder oplosbaar) Aragoniet (meer oplosbaar)
Organismen vormen kalk in de zee
kalkvorming
Afname verzadigingsgraad W door oceaan verzuring Verwachting afname kalkvorming Observaties variabel Verzadigingsgraad zeewater
Ries et al., 2009
Oceaan verzuring publicaties
Synthese door Meta Analyse
-
+
+
-
Kalkvorming neemt af Hendriks et al. (2010)
Kalkvorming neemt af Bivalven Overleving
Activiteit Groei Kalkvorming
Coccolieten
Koraal
Kalkvorming en oceaan verzuring • Aragoniet versus calciet: – Aragoniet vormende organismen (koraal, pteropoden) zijn gevoeliger
• Planten/algen versus dieren: – Calcificatie kost energie. • Dieren: beschikbaarheid voedsel • Algen: netto effect hangt af van stimulatie primaire produktie en afname verzadigingsgraad door oceaan verzuring
CO2 stimuleert algen en zeegras Cyanobacteria
Algen
Zeegras
Overleving Activiteit Groei
Kalkvorming
Hendriks et al. (2010)
Schelpdier productie neemt af Bij 740 ppmv CO2: •10 % oester schelp afname •25 % mossel schelp afname 10 miljard € omzet wereldwijd
Gazeau et al. (2007)
Koudwater koraal • Extensieve koraalriffen in donker, koud water • Pas twee decades studie • Biodiversiteit “hotspot” • Vis rijk • 2000: kalkvorming OK • 2100: 65% in corrosief water • Oplossen koraal fundament
Hoe sterk is bewijs? • CO2 toename in atmosfeer is spijkerhard • Oceaan verzuring gemeten is identiek aan thermodynamische voorspelling • Biologische effecten tijdens korte, gecontroleerde experimenten zijn evident • Maar….. – Lange termijn – Grote schaal
Coccolieten • Laboratorium studies: coccolieten vormen minder kalk en worden meestal kleiner • Veld studies: coccoliet massa hangt af van carbonaat concentratie en dus van oceaan verzuring Beaufort et al. (2011)
Natuurlijke CO2 bronnen Normaal, pH = 8.2
pH = 7.3-7.6
• Zeegras verliest kalk neerslag • Geen juvenile slakken • Erosie van volwassen slakken in CO2 rijk water • 30% minder biodiversiteit
Hall-Spencer et al. (2008)
Natuurlijke CO2 bronnen pH
8.1
7.9
• Verlies aan biodiversiteit – Soorten – Habitats
• 30% minder kalk • Zeegras groeit beter
<7.7
Fabricius et al (2011)
Toekomstige Oceaan • Warmer – minder zuurstof
• Verzuurd: – meer H+, CO2, HCO3– minder CO32-
• Warmer EN verzuurd – Experimenten met meerdere variabelen – Geologische informatie (presentatie Appy Sluijs)
