Hotas skaldjuren av havsförsurning?

En av de mest oroande konsekvenserna av de ökande halterna av koldioxid i atmosfären är att havsvattnet skulle ”försuras”, vilket skulle kunna påverka det marina livet negativt, framför allt skaldjur, koraller och vissa alger i botten på näringskedjan, eftersom bildningen av deras skal antas försvåras av ett sjunkande pH-värde.

Skaldjurens skal består av kalciumkarbonat, dvs en förening av kalk och kol. Koldioxid bidrar visserligen med kol till denna process, men kalk löses upp i sur miljö.

När vatten absorberar koldioxid bildas bland annat den svaga syran divätekarbonat (kolsyra, som i kolsyrade drycker), men det sker också andra reaktioner som frigör vätejoner som också påverkar vattnets pH åt det sura hållet (”H” i pH står för väte, hydrogen).

Begreppet ”havsförsurning”, som ger intryck av att vattnet  blir frätande, är dock helt missledande. Havens vatten är inte i närheten av att bli surt i teknisk mening, utan kan bara bli mindre alkaliskt, eller mer neutralt om man så vill. Neutral pH är 7:

Mjölk och regnvatten har ett surt pH, under 7, utan att vara särskilt frätande. Havsvatten är däremot tydligt alkaliskt, och varierar generellt i pH mellan 7,8 och 8,4 beroende på exempelvis temperatur, marin fotosyntes, havsströmmar och geologiska förhållanden (källa):

Vulkanism på havsbottnen kan lokalt medföra lägre pH, bland annat på grund av koldioxid från jordens inre. Kallare vatten har lägre pH än varmt, eftersom det kan absorbera mer koldioxid. Därför varierar pH även med havsdjupet, och uppvällning av kallt vatten till ytan ger lokalt lägre pH. Omvänt absorberar varmare vatten mindre koldioxid, och är därför mer alkaliskt. Havets temperatur har på så vis stor betydelse för koldioxidhalten i atmosfären – om haven blir varmare, avger de koldioxid, och blir samtidigt mer alkaliska (vilket motverkar ”försurning”).

Vattnets pH varierar också kraftigt över ett dygn. I en studie av Georgiou et al (2015) vid Heron Island vid Stora Barriärrevet uppmättes som högst pH-värden uppemot 8,4 under dagen i juni, och som lägst 7,9 under natten i december. På natten pågår nämligen ingen fotosyntes som kan binda koldioxid.

Det skulle vara mycket svårt, för att inte säga omöjligt, att göra haven ”sura”. Hundramiljontals år av sedimenterad kalk från döda skaldjur har nämligen försett haven med en gigantisk buffer mot försurning.

Men vad finns det då för data? Blir haven mindre alkaliska? Och hur påverkar det i så fall skaldjuren?

Ett vanligt påstående är att medelvärdet för havens pH sjunkit med pH 0,1 (dvs 30%)sedan 1750. Men det är absurt, eftersom begreppet pH uppfanns 1913, och instrument för att mäta pH först 1924. Inte heller därefter mättes havens pH vare sig systematiskt eller globalt, och inte heller kontinuerligt på samma sätt som exempelvis temperatur, nederbörd och andra data som behövs för att göra väderleksprognoser. pH-mätningar kan dessutom inte automatiseras eftersom det måste ske ett prov i taget. Det världsomspännande nätverket av automatiserade sjunkbojar (ARGO-systemet) kan mäta mycket, men inte pH.

På Aloha-stationen norr om Hawaii tar man dock prover och mäter pH-halten i havet regelbundet sedan 1988:

Koldioxidhalten i atmosfären stiger, och pH-halten i havet sjunker, som vore de varandras spegelbilder. Den övertygande visuella effekten beror dock på skalan. Det ser dramatiskt ut, men under 20 år har pH-halten faktiskt bara förändrats med 0,034 enheter på en 14-gradig (förvisso logaritmisk) skala. Det kan man också presentera på det här sättet:

Om trenden skulle fortsätta till år 2100 skulle havets PH ha sjunkit med totalt ungefär 0,17 enheter till strax under pH 8 (7,945), dvs fortfarande klart alkaliskt.

Här är FN:s ”worst case scenario”:

Det är i och för sig inte särskilt realistiskt, eftersom det förutsätter att vi bränner mer kol än vad vi vet existerar, att inga konkurrenskraftiga koldioxidfria energislag kommer att uppfinnas, att haven kan absorbera hur mycket koldioxid som helst, att havens enorma kalkreserver inte neutraliserar koldioxid, och att koldioxid inte absorberas av de organismer det fungerar som gödningsmedel för (!).

Men inte ens då blir havet försurat, utan är fortfarande klart alkaliskt över pH 7,5. Det betyder i och för sig inte att marint liv inte kan påverkas negativt av en sådan förändring, bara att det inte finns någon risk att havet blir surt, under 7 pH, på grund av människans utsläpp av koldioxid.

Kurvan från Hawaii visar naturligtvis bara hur havets pH förändras på en plats. Men det finns data som ger en bredare bild av vad som händer i världshaven globalt.

2010 presenterade Dr. Richard A. Feely, vid Pacific Marine Environmental Laboratory (PMEL) för NOAA:s räkning den röda kurvan i grafen nedan inför den amerikanska kongressen:

Den verkade bekräfta farhågorna. pH-värdet i haven såg ut att sjunka under hela 1900-talet, med en acceleration från mitten av seklet då människans utsläpp av koldioxid och halten i atmosfären började skena uppåt.

Men den röda kurvan visade sig bygga på en dataserie som saknade över 1,5 miljoner mätningar. När hydrologen Mike Wallace kompletterade med dessa data 2014 visade det sig att haven totalt sett blivit mer alkaliska i genomsnitt (blå kurvan) sedan början av 1900-talet. (Källa)

Carles Pelejero et al redovisade i en studie 2005, Preindustrial to Modern Interdecadal Variability in Coral Reef pH, hur pH-halten förändrats vid Flinders reef i det Stora Barriärrevet sedan 1700-talet (röda linjen):

De blå prickarna markerar de halter av koldioxid som uppmätts med hjälp av borrkärnor i glaciäris, och den blå linjen till höger representerar mätningarna av koldioxidhalten i atmosfären vid Mauna Loa i Hawaii (fr o m 1957). Något samband mellan koldioxidhalt och pH-halt syns inte.

Den korta grönmarkerade svarta linjen längst till höger i grafen visar de data från mätningarna av havets pH-halt vid Aloha-stationen sedan 1988 som presenterades ovan. I jämförelse med de naturliga cyklerna under 300 år ter sig den lilla förändringen knappast dramatisk längre. Det är helt enkelt sån’t som händer naturligt.

Hur är det då med det andra antagandet, att det marina livet skulle skadas av sänkta pH-värden? Det visar sig faktiskt att marina organismer ofta är anpassade för att klara variationer till och med i den storleksordning som FN:s worste-case scenario varnar för.

Hofmann et al (2011) har visat att pH-värdet varierar naturligt mellan 8,356 och 6,669 i ett brett urval av marina miljöer (ishaven, tropikerna, öppet hav, kust, kelpskogar och korallrev): ”These biome-specific pH signatures disclose current levels of exposure to both high and low dissolved CO2, often demonstrating that resident organisms are already experiencing pH regimes that are not predicted until 2100.”

Det verkar i alla fall som att en del kalcifierande havsorganismer kan anpassa sig bra till högre koldioxidhalter, till och med frodas bättre. Exempelvis krabbor och humrar, enligt en studie av Ries et al 2009:

Ett av de mest produktiva områdena i havet finns utanför Peru, där Humboltströmmer väller upp vatten från Antarktis med hög koldioxidhalt.

Fytoplankton, som exempelvis de livsviktiga Coccolitoforerna, verkar trivas med ökad koldioxidhalt. De har ökat med 40% sedan 1950 (källa):

Skaldjur använder kolet från koldioxid för att bilda kalciumkarbonat till sina skal, och har gjort så alltsedan de uppstod för hundratals miljoner år sedan, och de har levt och frodats under långa tider med betydligt högre halter av koldioxid i atmosfären än idag.

Men laboratorieförsök visar trots allt att lägre pH har många negativa effekter, exempelvis på koraller. De producerar mindre kalciumkarbonat, blir övervuxna av alger och har svårt att skapa sina kalkskelett när de är små.

På grund av dessa oroande resultat förväntade sig den forskargrupp vid MIT som står bakom studien Barkley et al (publicerad i Science Advances 2015) alla möjliga negativa effekter inför fältstudierna vid det kraftigt ”försurade” revet vid Palau Rock Islands.

Men till stor förvåning fann man istället ett friskt och blomstrande rev där koraller och artrikedomen snarare verkade ha gynnats. Försöken i laboratoriemiljö, där man sänker vattnets pH artificiellt med hjälp av syra, inte genom att höja koldioxidhalten, var kanske helt enkelt inte riktigt naturtrogna. Det finns också en risk att det UV-ljus man belyser korallerna med bidrar till att skada korallerna.

En sammanfattning av resultaten finns här.

”‘Based on lab experiments and studies of other naturally low pH reef systems, this is the opposite of what we expected’, says lead author Hannah Barkley, a graduate student in the WHOI-MIT joint program in oceanography”.

”‘Surprisingly, in Palau where the pH is lowest, we see a coral community that hosts more species, and has greater coral cover than in the sites where pH is normal,’ says Anne Cohen, a co-author on the study and Barkley’s advisor at WHOI.

Anne Cohen kan dock inte tänka sig att det kan vara tack vare den höga koldioxidhalten, men det är förstås bara en spekulation från hennes sida: ‘That’s not to say the coral community is thriving because of it, rather it is thriving despite the low pH, and we need to understand how.’” (Citerat från forskargruppens pressmeddelande)

På andra ”försurade” rev såg man i och för sig negativa effekter, men det visar ändå att frågan är mer komplex än vad man kan tro. I själva verket påverkas olika marina organismer olika av pH-förändringar, och de kan gynnas i vissa avseenden, men hämmas i andra.

På CO2Science.org finns många fler forskningsstudier samlade om allt som rör koldioxidens roll, bland annat för havens pH och det marina livet.

Där finns även Ocean Acidification database, med över 1 100 publicerade studier, som bland annat visade att en sänkning av havets pH-värde med upp till 0,3 fick följande effekter på de undersökta marina organismerna, specificerat på 5 olika parametrar:

Från Papua Nya Guinea, finns flera exempel på korallrev som frodas mitt i områden med naturliga utsläpp av koldioxid, till exempel vid Dobu Island (källa, foto Bob Halstead):

Enligt havsforskaren Walter Starck, som besökte Dobu Island 2010, växte friska koraller här i vatten med pH så lågt som 7,74 – jämfört med öppna havet utanför på pH 8,23. (Källa)

På Seafriends.org.nz finns också en gedigen genomgång av forskningsläget kring havsförsurning.

Varför bleks koraller?

Korallernas hårda delar består av kalciumkarbonat och byggs av polyper, ryggradslösa nässeldjur som lever i symbios med en alg. Polypen förser algen med koldioxid, fosfor och kväve och får syre och energi i utbyte från algens fotosyntes. Det är också algen som ger korallen dess färg.

Korallblekning är en naturlig skyddsmekanism som inte har någonting med vare sig havsförsurning eller global uppvärmning att göra. 

Koraller tycker om värme. En studie av Reynaud et al. (Marine Ecology Progress Series 2004) visar att korallers kalcifiering ökar linjärt med stigande temperaturer från 20 till 29 grader C. Liknande resultat har presenterats av Clausen and Roth (1975), Coles and Coles (1977), Kajiwara et al. (1995), Nie et al. (1997), Lough and Barnes (1997, 2000), Reynaud-Vaganay et al. (1999), Bessat and Buigues (2001), Carricart-Ganivet (2004), McNeil et al. (2004) och Reynaud et al. (2007).

Däremot är koraller känsliga för intensivt solljus, dvs i stark UV-strålning producerar algens klorofyll ett överskott av syre som orsakar oxidativ stress, varför korallerna reagerar med att göra sig av med algen och bli kalkvita.

”While endosymbiont photosynthesis serves as the engine to power the growth and calcification of coral reefs, sunlight capture, absorption, and utilization presents a high potential for photo-oxidative damage. Oxidative stress results from the production and accumulation of reactive oxygen species (ROS) and can damage lipids, proteins and DNA and signal cell apoptosis or exocytosis (Gates et al., 1992; Lesser, 1997; Hoegh-Guldberg, 1999; Franklin et al., 2004; Lesser and Farrell, 2004; Lesser, 2006). Oxidative stress is considered the unifying mechanism for a number of environmental insults that elicit coral bleaching (Lesser, 2011), resulting in the loss of Symbiodinium from host cells via mechanisms such as apoptosis, exocytosis, and necrosis (reviewed in Gates et al., 1992).” (Källa)

Världens koraller har varit med  om mycket under sin långa evolution sedan de uppstod i betydligt varmare hav än idag, och med betydligt högre koldioxidhalt. Däremot kan de skadas av mycket snabba temperaturförändringar, både varma och kalla, men det är en helt annan sak.

2016 drabbades bland annat Stora Barriärrevet utanför Australien hårt av korallblekning, och det påstods förstås per automatik bero på den globala uppvärmningen. Men korallerna på Stora Barriärrevet finns även i tropikerna och tål alltså värme bra. Det handlade istället om väderfenomenet El Nino, som även orsakade omfattande korallblekning 1998–1999.

El Nino påverkar vädret över hela världen, exempelvis med stormar på delar av Atlanten och Stilla havet, eller med minskad molnighet och torka i Kalifornien och Australien, dvs intensivt solljus. Det påverkar framför allt de snabbväxande korallerna på grundare vatten, som även drabbas hårdare av stormar. De har alltid levt riskabelt, men kompenserat med att växa snabbt. De stora koraller som växer långsamt på större djup, påverkas inte, utan blir mycket gamla. 

Reven brukar återhämta sig efter några år:

Great Barrier Reef starts to recover after severe coral bleaching, survey of sites between Cairns and Townsville shows

Scientists from the Australian Institute of Marine Science this month surveyed 14 coral reefs between Cairns and Townsville to see how they fared after being bleached. The institute’s Neil Cantin said they were surprised to find the coral had already started to reproduce.

Photo: Coral which has produced eggs near Fitzroy Island, in Queensland (Supplied: Australian Institute of Marine Science, Neal Cantin )

”We’re finding corals that are showing early signs of reproductive development, really visible eggs that we can see under the naked eye,” Dr Cantin said.

”[It’s] very surprising as previous studies have shown a two-to-three year delay in reproductive activity following bleaching events.

”It means they have enough energy, they’ve recovered the zooxanthellae and the symbiosis and they even have energy to invest in reproduction and egg development.”

(ABC NEWS, Australian Broadcasting Corporation, 29 september 2017)

Hur påverkas då koraller av havsförsurning? Som jag skrivit om tidigare i bloggposten den 24 mars Hotas skaldjuren av havsförsurning? är det tveksamt om det pågår någon allmän försurning av haven och att det i så fall skulle vara ett problem. 

En studie av De’ath et al 2009 påstods visa att korallernas skalbildning på Stora Barriärrevet försämrats dramatiskt med hela 15% mellan 1990 och 2005. Den byggde dock på ett par helt avgörande misstag, som professor Peter Ridd uppmärksammat (Ridd et al. 2013, Journal Marine Geology):

”First, there were instrumental errors with the measurements of the coral layers. This was especially the case for the last layer at the surface of the coral, which was often measured as being much smaller than the reality. This forced an apparent drop in the average calcification for the corals that were collected in the early 2000s – falsely implying a recent calcification drop. Second, an ‘age effect’ was not acknowledged. When these two errors are accounted for, the drop in calcification rates disappear, as shown in Figure 1.2.”

Grafen till vänster visar de alarmerande resultaten som de presenterades av De’ath et al 2009, och grafen till höger visar samma data, men efter korrigering av felaktigheter. I själva verket hade korallernas skalbildning förbättrats.

”The problem with the ‘age effect’, mentioned above, arose because in the study De’ath and colleagues included data from corals sampled during two distinct periods and with a different focus; I will refer to these as two campaigns. The first campaign occurred mostly in the 1980s and focused on very large coral specimens, sometimes many metres across. The second campaign occurred in the early 2000s due to the increased interest in the effects of CO2. However, presumably due to cost cutting measures, instead of focusing on the original huge coral colonies, the second campaign measured smaller colonies, many just a few tens of centimetres in diameter.

In summary, the first campaign focused on large old corals, while, in contrast, the second campaign focused on small young corals. The two datasets were then spliced together, and wholly unjustifiable assumptions were implicitly made, but not stated – in particular that there is no age effect on coral growth…”

En annan studie av dr Juan D’Olive Cordero vid University of Western Australia (D’Olivo et al 2013) visade att 99% av alla koraller på Stora Barriärrevet hade ökat skalbildningen med 10% sedan 1940. Bara 1% kunde konstateras ha minskad kalcifiering, med 5%, och det var kustnära koraller.

Kanske påverkas de mer av mänsklig aktivitet? Ja, men också en mängd andra faktorer.

Det är ingen tvekan om att många av världens korallrev är hotade på många sätt. Det finns en rad olika miljöfaktorer som orsakar problem för koraller, och som kommer helt i skymundan på grund av det ensidiga fokuset på koldioxid, exempelvis extrem värme eller kyla, sjukdomar, gifter, övergödning, variationer av salthalten, till exempel på grund av tillflöde av färskvatten, samt såväl ökad som minskad solintensitet (exempelvis på grund av vattengrumling). Människan påverkar korallreven negativt på flera olika sätt, men inte just genom utsläpp av koldioxid. 

När ekosystem rubbas utgår forskare gärna ifrån att det beror på människan. Det är förstås ofta sant, men inte självklart, och därför kan man missa de verkliga orsakerna. Ett exempel är hur massangrepp från korallätande sjöstjärnor (Acanthaster Planci, på engelska kallade Crown of Thornes Starfish, COTS) omedelbart hänfördes till överfiskning eller övergödning, när det visat sig att korallreven drabbats av COTS i årtusenden, och dessutom återhämtar sig.

Bara för att ett fenomen precis upptäckts av människor för första gången betyder det inte att det inte är helt naturligt och har förekommit sedan urminnes tider. Det gäller även korallblekning, hur chockerande det än kan se ut.

Gareth Phillips arbetar som guide vid Reef Tech på Stora Barriärrevet. Vissa skulle säga att han därmed är partisk, men frågan är vad han skulle tjäna på att locka turister till ett dött rev. Hursomhelst vet han vad han pratar om:

Dead? Dying? Or distorted truth?

Läs mer om koraller och det Stora Barriärrevet på CO2Science.org.

Huvudkälla till avsnittet om koraller är, när inget annat är angivet: Climate Change – The facts 2017, en antologi utgiven av Institute of Public Affairs med JenniferMarohasy som redaktör, kapitel 1. The extraordinary resilience of Graet Barrier Reef Corals, and Problems with Policy Science, av professor Peter Ridd, och kapitel 2. Ocean Acidification: Not Yet a Catastrophe for the Great Barrier Reef, av Dr John Abbot och Dr Jennifer Marohasy.