Bjerknessenteret for klimaforskning er et samarbeid mellom Universitetet i Bergen, Norce, Nansensenteret og Havforskningsinstituttet. 

Havforsuring fører til at skallene til marine mikroorganismer forvitrer. Pteropoder, til høyre, er blant de artene som er spesielt utsatt for dette. Foto: Matt Wilson/Jay Clark, NOAA NMFS AFSC

Havforsuring

Havet tar opp omtrent en fjerdedel av all CO2 menneskene slipper ut i atmosfæren. Uten dette ville temperaturen allerede ha steget mer enn to grader siden førindustriell tid. Prisen vi betaler er at CO2-opptak gjør vannet surere, til skade for økosystemene i havet. Hvis CO2-utslippene fortsetter som nå, vil havforsuring ha en betydelig påvirkning på marine økosystem.

Hvert år slipper vi ut omtrent 40 gigatonn (Gt) karbondioksid (CO2) i atmosfæren, ved forbrenning av fossile brennstoff og endringer i arealbruk. Dette er kjent som antropogent eller menneskeskapt CO2. Omtrent 23 prosent eller 9 Gt CO2 blir tatt opp i havet. I tiden etter den industrielle revolusjon har havet absorbert CO2 tilsvarende 27 prosent (620 Gt) av våre samlede utslipp. 

På denne måten har havet dempet klimaendringene. Om ikke havet hadde tatt opp antropogent CO2, ville karbondioksidnivået i atmosfæren nå vært 480 ppm (milliondeler), og den globale gjennomsnittstemperaturen ville ha økt mer enn to grader siden førindustriell tid. Da ville vi allerede ha vært langt over togradersmålet, som verdens land i Paris-avtalen ble enige om at representerer en grense for «akseptabel klimaendring».

Havets tjenester kommer likevel med en kostnad. Når CO2-konsentrasjonen i havet stiger, skjer det en kjemisk reaksjon som reduserer vannets pH og gjør det surere. Dette er kjent som havforsuring og vil sannsynligvis ha alvorlige konsekvenser for de marine økosystemene.

Hvorfor er dette viktig?

Havforsuring er et globalt problem som kan ha alvorlige konsekvenser for marine organismer og økosystemer. Hvis vi fortsetter å slippe ut CO2 i samme hastighet som nå, vil havforsuringen sannsynligvis føre til tap av biodiversitet og en reduksjon i ressurser som kan høstes, inkludert dem vi tenker på som mat for mennesker. Den eneste måten å stoppe havforsuring på er å stagge utslippene av CO2.

Hva er havforsuring?

Havvannet inneholder karbonat. Disse ionene kan reagere kjemisk med CO2

CO2 + CO32– + H2O –> 2HCO3
(karbondioksid + karbonat + vann –> 2 bikarbonationer)

Omtrent 95 prosent av all antropogent CO2 som tas opp i havet reagerer med oppløste karbonationer i vannet. Derfor minker nå konsentrasjonen av karbonat i havet, mens konsentrasjonen av bikarbonat øker. Forbi bikarbonat er surere enn karbonat, gjør dette havet surere, med lavere pH.
I tillegg er de 5 prosentene av CO2 som forblir uoppløst i vannet en ganske sterk syre, og det senker pH-verdien enda mer. Derfor blir havet surere jo mer CO2 det tar opp fra atmosfæren. Dette er havforsuringens natur.  

Hva er pH?

Enheten pH er et mål for hvor surt noe er. Skalaen regnes normalt fra 0 til 14, men høyere og lavere verdier kan forekomme. Rent praktisk definerer den konsentrasjonen av hydrogenioner i en væske. 

En væske med pH-verdi på sju vil være nøytral. Syrer har pH under sju og baser høyere enn sju. 

Hva har forskerne funnet?

Observasjoner av havets karbonopptak og forsuring

De siste tiårene har forskere verden over gjort systematiske målinger av de kjemiske forholdene i havet. Dataene viser klart at CO2-nivåene har steget og pH-verdiene sunket. CO2-konsentrasjonen i havoverflaten stiger like raskt som i atmosfæren, og pH-verdien følger etter. Den totale mengden menneskeskapt CO2 i havet er nå omtrent 620 gigatonn CO2, tilsvarende 27 prosent av de totale utslippene til atmosfæren fra 1800 til 2016. pH-verdien i overflatevannet har sunket fra 8,2 til 8,1 i gjennomsnitt. Det høres ikke mye ut, men fordi pH-skalaen er logaritmisk, tilsvarer det en økning i surhet på 25 prosent. 

CO2-fordeling
Figur 1. Fordeling av antropogent CO2 i havet [mol C m-2]. Brunt representerer høye verdier, blått lave. Den svarte kurven viser hvor tverresnittet i figur 2 er tatt. Ill.: Siv K. Lauvset, med data fra GLODAPv2, publisert i Lauvset et al. (2016). 

Verken menneskeskapt CO2 eller havforsuring er jevnt fordelt i havet. Mest antropogent CO2 finnes i Nord-Atlanteren og Sørishavet. I disse områdene synker vannet, og CO2 transporteres fra overflaten og helt til bunns. Nedsynkningen er med på å drive sløyfen som frakter vann rundt i verdenshavene – havets transportbånd.

Menneskeskapt CO2 som har fulgt det synkende vannet nedover, transporteres videre gjennom verdenshavene og kan til slutt påvirke alle deler av verden. Dette er med på å drive havets CO2-opptak. CO2-rikt vann fraktes bort fra overflaten, mens CO2-fattig vann kommer opp andre steder. 

Antropogent CO2
Figur 2. Fordeling av antropogent CO2 i et tverrsnitt gjennom Atlanterhavet, Sørishavet og Stillehavet. Data og kilde som i figur 1.

Fremtiden

Jordsystemmodeller er klimamodeller som i tillegg til det fysiske klimasystemet inneholder kjemiske og biologiske sykluser. Disse modellene beregner fremtidens klima og havets CO2-opptak basert på ulike scenarioer for hvor mye CO2 menneskene vil slippe ut. Forskningsinstitutt og universiteter verden over driver flere jordsystemmodeller. Alle viser at havets opptak av CO2 og havforsuring først og fremst vil avgjøres av hvor mye CO2 menneskene vil slippe ut i atmosfæren. Derfor er det helt sikkert at CO2-utslippene må reduseres om vi skal unngå mer havforsuring. 

Jordsystemmodellene viser også at Sørishavet og Nord-Atlanteren vil fortsette å være viktige områder for havets CO2-opptak. I begge regionene vil opptaket avhenge av havsirkulasjonen og den biologiske produksjonen. Alle modellene viser at klimaendringer vil redusere havets opptak av CO2 noe. Det vil føre til at en større andel av den CO2-mengden vi slipper ut vil forbli i atmosfæren. Dermed bidrar det til raskere klimaendring. 

CO2 i fremtiden
Figur 3. a) Konsentrasjon av CO2 i atmosfæren ved et fremtidsscenario der CO2-utslipp ikke reduseres (RCP8.5, rødt) og ved et scenario med sterk reduksjon i utslipp (RCP2.6). b) Endring i fremtidig globalt surhetsnivå i havet ved de samme scenarioene, simulert med åtte jordsystemmodeller. Ill.: Nadine Goris. 

Havforsuring påvirker økosystemer

Flere arter har vist seg å ta skade av havforsuring. Eksempler på dette er koraller, pteropoder og muslinger. Både korallrev og skjell er laget av mineraler som inneholder karbonat. Siden konsentrasjonen av oppløste karbonationer er lavere når vannet er surere, vil det bli vanskeligere for disse organismene å få avsatt mineralene de trenger.

Når vannet blir undermettet på karbonat, vil slike organismer begynne å gå i oppløsning. Hvis CO2-utslippene fortsetter å øke med dagens hastighet, er jordysstemmodellene enige om at havforsuring vil føre til undermetning av aragonitt – en form for karbonatmineral – i Arktis og Sørishavet innen utgangen av dette århundret. Dette kan ha skadelige virkninger på pteropoder og kaldtvannskoraller i disse områdene, fordi skallene og revstrukturene er laget av aragonitt. 

En studie av Guinotte og kolleger publisert i 2003 viste at varmtvannskorallrev ikke forekommer i havvann der aragonittmetningen er lavere enn tre. Grensen mellom vann med aragonittmetning over og under tre kan derfor skille egnede habitater. Figur 4 viser hvordan slike områder i løpet av de siste 200 årene er blitt redusert på grunn av havforsuring som skyldes havets CO2-opptak. Fremskrivninger gjort med jordsystemmodeller viser at dersom CO2-utslippene fortsetter langs den banen de nå holder (RCP 8.5), vil alle disse habitatene være tapt innen år 2100. 

Noen studier viser at også høyere nivåer i næringskjeden kan bli påvirket. For eksempel reagerer noen fiskearter i mindre grad på truende predatorer fordi havforsuring kan påvirke nevrologiske prosesser i fisk. Andre fiskearter viser ingen slik respons. Mange voksne fisker har sannsynligvis høy toleranse for havforsuring i seg selv, men effektene på plankton og korallrev kan påvirke fiskens mattilgang eller habitat negativt.  

Havforsuring vil virke i kombinasjon med andre stressfaktorer på de marine økosystemene. Klimaendring fører til varmere hav og deoksygenering. Et varmere hav vil være mer lagdelt og stabilt, slik at dypere vann i mindre grad blandes opp. Derfor venter man lavere nivåer av næringsstoffer i de øvre vannmassene. Dette vil forverre effektene av havforsuring. For eksempel vil det å opprettholde karbonatskall kreve mer energi når vannet er surere, og med mindre næringsstoffer vil denne energien vil være vanskeligere tilgjengelig.  

Å bestemme den samlede effekten av slike stressfaktorer på marine økosystem er en av våre store vitenskapelige utfordringer. Det er vanskelig å utforme og opprettholde eksperimenter over lang tid. I tillegg er marine økosystemer og marine organismer av natur svært forskjellige, og siden de fleste studiene til nå har vært utført på en enkel art eller underart, vil det ikke være klart hvordan hele økosystemer vil reagere på havforsuring. Den totale effekten av sammensatte stressfaktorer vet man enda mindre om. Til tross for dette ventes havforsuring å ha store og mest sannsynlig negative konsekvenser for økosystemene. 

Marine matressurser og havforsuring

Områder med høy marin produktivitet, som regioner med oppvelling, er ofte en hovedkilde til proteinrik mat i kystsamfunn. Fremskrivninger tyder på at mange av disse områdene er svært sårbare for havforsuring i dette århundret. Fordi verdens befolkning øker, er det sannsynlig at også behovet for mat fra havet vil øke. Havforsuring utgjør en ny trussel for fiskestammer som i mange områder allerede er truet overfiske og klimaendringer. 

Fordi havforsuring kan hemme veksten av skall og fysiologi, er marine virvelløse dyr, som muslinger, hummer og reker, den mest sårbare gruppen i akvakultursektoren. Fisk, reker og akvakultur er av stor betydning for nåværende og fremtidig matsikkerhet. Disse industriene er nå under risiko, fordi havforsuring påvirker organismene både direkte og indirekte gjennom næringskjeden og habitatene de er avhengige av.

Havforsuring ved Norskekysten

Havforsuring i norske farvann er målt siden 1990-tallet, og overvåkning i statlig regi startet i 2013.

Å dokumentere trender i forsuring av kyst- og fjordvann er vanskeligere enn ute i det åpne havet. Forholdene varierer både fra sted til sted og over tid. Data fra fjordene sør for Bergen viser at pH-verdien kan variere like mye gjennom et døgn som den kan gjøre fra måned til måned eller fra år til år. 

Vingesneglen i Norskehavet og Barentshavet vil være spesielt utsatt for havforsuring. Dypvannskorallrevene langs store deler av Norskekysten er også i faresonen. 

Hva er blitt gjort?

Den eneste måten å stoppe havforsuring på er å begrense utslippene av CO2 til atmosfæren, i og med at et hvert utslipp dit vil føre til opptak i havet og dermed til forsuring. De siste årene har mange aktiviteter for å oppnå dette blitt satt i gang. Den viktigste er Paris-avtalen fra 2015. Der forpliktet verdens land seg til å redusere karbonutslippene slik at global oppvarming ikke ville overstige to grader. 

Det er etablert flere nettverk for å overvåke og tallfeste havets opptak av karbon og havforsuring. Noen eksempler på dette er Global Ocean Acidification Observation Network med sine regionale nettverk, Ocean Acidification International Reference User Group of the European Project on Ocean Acidification, og International Alliance to Combat Ocean Acidification. Et annet viktig nettverk er Integrated Carbon Observatory System. Dette er en europeisk infrastruktur som overvåker og kvantifiserer karbonflukser fra atmosfæren, havet og landjorden. 

Datasett som GLODAP og SOCAT er tilgjengelige for alle.

Hva må vi gjøre?

Selv om vi skulle slutte å slippe ut CO2, vil ikke havet være i fullgod stand igjen med en gang. CO2 vi har sluppet ut i atmosfæren de siste 200 årene finnes der fremdeles og vil bli tatt opp havet i årene fremover. Havforsuring nøytraliseres bare ved at vulkanske bergarter forvitres og ved at sedimenter frigjør karbonationer til havet. Dette er prosesser som går veldig sakte, og det vil ta tusener av år før havet vil bli mindre surt igjen. Likevel er det å redusere utslipp av CO2 til atmosfæren den meste effektive måten å stoppe havforsuring på. 

Det er blitt foreslått tiltak som kan dempe temperaturstigningen selv omCO2-konsentrasjonen i atmosfæren øker. Slike tiltak vil ikke forhindre havforsuring. Så lenge det CO2-konsentrasjonen i atmosfæren stiger, vil også havet ta opp mer CO2 og bli surere. 

På samme tid er havforsuring bare én av flere stressfaktorer for økosystemene i havet. Andre er oppvarming, deoksygenering, tap av næringsstoffer i de øverste vannmassene, fiske og plastforurensning. På liten skala kan det hjelpe å redusere CO2-innhold og havforsuring ved å plante tang, sjøgress og andre alger. Men det vil bli vanskelig å opprettholde dette over lengre tid. Å redusere drivhusgassutslippene vil ikke bare redusere havforsuringen globalt, men også redusere oppvarmingen og mange av de andre stressfaktorene. Koraller er spesielt sårbare overfor stigende temperatur. Episoder med korallbleking i de senere årene er et resultat av høy sjøtemperatur. 

Mens de biologiske konsekvensene av havforsuring forblir usikre, er de mest sannsynlig negative, særlig i kombinasjon med andre stressfaktorer. For å sikre en sunn planet, bør vi følge føre var-prinsippet og stoppe utslipp av CO2 til atmosfæren nå. 

Referanser

Beniash E, Ivanina A, Lieb NS, Kurochkin I, Sokolova IM (2010) Elevated level of carbon dioxide affects metabolism and shell formation in oysters Crassostrea virginica. Mar Ecol Prog Ser 419:95–108.

Bignami S, Sponaugle S, Cowen RK (2014) Effects of ocean acidification on the larvae of a highvalue pelagic fisheries species, mahi-mahi Coryphaena hippurus. Aquat Biol., 21: 249–260. https://doi.org/10. 3354/ab00598.

Flato, G., et al. 2013. Evaluation of climate models, in Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the IPCC AR5, pp. 741–882, Cambridge Univ. Press, Cambridge, UK, and New York.

Forsgren E, Dupont S, Jutfelt F, Amundsen T. (2013) Elevated CO2 affects embryonic development and larval phototaxis in a temperate marine fish. Ecol Evol.; 3: 3637–3646. https://doi. org/10.1002/ece3.709 PMID: 24198929 20.

Frommel AY, Maneja R, Lowe D, Malzahn AM, Geffen AJ, Folkvord A, et al. (2011) Severe tissue damage in Atlantic cod larvae under increasing ocean acidification. Nat Clim Chang. Nature Publishing Group; 2: 42–46. https://doi.org/10.1038/nclimate1324 19.

Guinotte, J. M., Buddemeier, R. W., & Kleypas, J. A. (2003). Future coral reef habitat marginality: temporal and spatial effects of climate change in the Pacific basin. Coral Reefs, 22(4), 551-558. doi:10.1007/s00338-003-0331-4

Goris et al. (2018) Constraining Projection-Based Estimates of the Future North Atlantic Carbon Uptake. J. Climate, 31, 3959–3978, https://doi.org/10.1175/JCLI-D-17-0564.1

Hoeg-Guldberg O et al. (2007) Coral reefs under rapid climate change and ocean acidification. Science 318.

IPCC AR5 WG1 (2013), Stocker, T.F.; et al., eds., Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Working Group 1 (WG1) Contribution to the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) 5th Assessment Report (AR5), Cambridge University Press

Kessler, A. and Tjiputra, J.: The Southern Ocean as a constraint to reduce uncertainty in future ocean carbon sinks, Earth Syst. Dynam., 7, 295-312, https://doi.org/10.5194/esd-7-295-2016, 2016

Kleypas JA, Langdon C (2006), Coral reefs and changing seawater carbonate chemistry. In: Phinney JT, Hoegh-Guldberg O, Kleypas J, Skirving W, Strong A (eds) Coral reefs and climate change: science and management. AGU Monograph Series, Coast Estuar Stud 61:73–110

Le Quéré, C. et al. (2017), Global Carbon Budget 2017, Earth System Science Data, 10, 405-448.

Olsen, A. et al. (2016), The Global Ocean Data Analysis Project version 2 (GLODAPv2) - an internally consistent data product for the world ocean, Earth System Science Data, 8, 297-323.

Parker LM, Ross PM, O’Connor WA, Pörtner HO, Scanes E, Wright JM (2013) Predicting the response of molluscs to the impact of ocean acidification. Biol 2:651–692.

Pimentel MS, Faleiro F, Dionı ´sio G, Repolho T, Pousão P, Machado J, et al. (2014) Defective skeletogenesis and oversized otoliths in fish early stages in a changing ocean. J Exp Biol.; https://doi.org/10. 1242/jeb.092635.

Schade FM, Clemmesen C, Wegner MK. Within- and transgenerational effects of ocean acidification on life history of marine three-spined stickleback (Gasterosteus aculeatus (2014) Mar Biol.; https://doi.org/ 10.1007/s00227-014-2450-6.

Scott A and Dixson DL (2016) Reef fishes can recognize bleached habitat during settlement: sea anemone bleaching alters anemonefish host selection. Proc. R. Soc. B 283, doi: 10.1098/ rspb.2015.2694.

Skjelvan, I., M. Chierici, K. Sørensen, K. Jackson, T. Kutti, H.H. Lødemel, A. King, E. Reggiani, M. Norli, R. Bellerby, E. Yakushev, A. Omar, 2016. Havforsuring i vestlandsfjorder og CO2-variabilitet i Lofoten, Rapport, Miljødirektoratet, M-642, 2016.

Stiasny MH, Mittermayer FH, Sswat M, Voss R, Jutfelt F, Chierici M, et al. (2016) Ocean acidification effects on Atlantic cod larval survival and recruitment to the fished population. PLoS One.; 11: 1–11. https:// doi.org/10.1371/journal.

UNEP 2010. UNEP Emerging Issues: Environmental Consequences of Ocean Acidification: A Threat to Food Security. http://wedocs.unep.org/handle/20.500.11822/25399

Wang X, Song L, Chen Y, Ran H, Song, J (2017) Impact of ocean acidification on the early development and escape behavior of marine medaka (Oryzias melastigma). Mar Envir Res.131; https://doi.org/10.1016/j.marenvres.2017.09.001.