Databáze okyselování oceánů

Oceány hrají klíčovou roli v zemských klimatických a povětrnostních systémech i v globálním uhlíkovém cyklu. Lidská činnost však bohužel zásadně mění jejich chemické složení. Od konce osmdesátých let se problém zhoršuje, protože stoupají atmosférické hladiny oxidu uhličitého. Dnes jsou o 50 % vyšší než před průmyslovou revolucí. Oceán nepřetržitě absorbuje asi čtvrtinu oxidu uhličitého, který je každoročně vypouštěn do atmosféry. Můžeme zlehčovat dopady změny klimatu, ale nelze pominout fakt, že mořská voda se stává kyselejší. Okyselování oceánu se v posledním desetiletí ukázalo být klíčovým globálním problémem kvůli jeho potenciálnímu vlivu na mořské organismy a biogeochemické cykly.

IAEA (Mezinárodní agentura pro atomovou energii, MAAE) podporuje země po celém světě ve využití jaderných a radiačních technik - v tomto případě pro zlepšení porozumění změnám v oceánech. V reakci na rostoucí obavy vědecké obce a vlád ohledně okyselování oceánů zřídila v roce 2012 Mezinárodní koordinační centrum pro sledování okyselování oceánů (OA-ICC, Ocean Acidification - International Coordination Centre), které sídlí v Monaku. Centrum se zaměřuje na vědecké zkoumání, budování kapacit a komunikaci o stavu a trendech acidifikace oceánů a podporuje vědecky podložené rozhodování. V rámci ICC se zřizují regionální centra, která mají zásadní význam pro monitorování moří a oceánů a sledování důsledků pro zranitelné ekosystémy.  

Využití vědeckých dat 

„Abychom mohli sledovat trendy a posoudit životaschopnost oceánu,“ řekl Sheck Sherif z Liberijské agentury pro ochranu životního prostředí, „potřebujeme řadu datových bodů indexovaných chronologicky. Jenom tak můžeme zvažovat dopad okyselování oceánů na vybrané mořské organismy a možnost změny mořských ekosystémů. Pro pochopení okyselení oceánů jsou zapotřebí údaje o teplotě, slanosti, obsahu kyslíku, tlaku a systému uhličitanů. Je nezbytné, aby výzkumní pracovníci a odborníci z oboru měli snadný přístup ke všem těmto informacím a jejich využívání.“ 

Další problém CO₂ 

Oceány ukládají přibližně jednu čtvrtinu oxidu uhličitého (CO₂) emitovaného lidskou činností a hrají důležitou roli při omezování dopadů změny klimatu. Zvyšující se emise uhlíku a rostoucí teploty narušují oceánské procesy, což může mít zásadní důsledky pro mořské ekosystémy, globální klima, ochranu pobřeží a pobřežní odvětví, jako je rybolov a cestovní ruch. Abychom pochopili a předvídali možné změny klimatu, je důležité porozumět procesům globálního uhlíkového cyklu. Zvyšující se hladiny CO₂ v atmosféře způsobují také globální okyselování oceánů, které se někdy spolu se změnou klimatu označuje jako „další problém CO₂“. IAEA podporuje členské státy v používání radioizotopů k pochopení oceánského uhlíkového cyklu a způsobů, jak může acidifikace oceánů ovlivnit mořské ekosystémy. 

Souvislost mezi oceány a podnebím 

Globální uhlíkový cyklus popisuje toky uhlíku mezi různými složkami životního prostředí (atmosféra, oceán, suchozemská biosféra a sedimenty). Tento uhlík se vyskytuje například ve formě oxidu uhličitého (CO₂) nebo metanu (CH₄), což jsou oba významné skleníkové plyny. Je nutné přesně kvantifikovat zásoby uhlíku a jejich změny, aby bylo možné sestavit klimatické modely používané k předpovědi dopadů změny klimatu. Nejméně jednu čtvrtinu CO₂ uvolněného do atmosféry antropogenními činnostmi, jako je spalování fosilních paliv, pohlcuje oceán. Část tohoto CO₂ se vrací do atmosféry a část se přemístí z povrchových vod do hlubokého oceánu, kde je zásoba uhlíku 50krát větší než zásoba uhlíku uložená v atmosféře. Schopnost regulovat obsah CO₂ v atmosféře je životně důležitou službou oceánu. Změna toků oceánského uhlíkového fondu, např. kvůli lidské činnosti, by mohla ovlivnit skladovací kapacitu oceánu, což by zase mělo dramatické důsledky pro úroveň atmosférického CO₂. Teplejší a kyselejší oceán nebude schopen absorbovat stejná množství CO₂ , což bude mít za následek vyšší koncentrace CO₂ v ovzduší a zhoršující se globální oteplování. 

Absorpce CO₂ oceánem způsobuje změnu v chemii oceánských uhličitanů 

Okyselení oceánu zahrnuje řadu změn chemie mořské vody, v první řadě pokles pH mořské vody (míra kyselosti/zásaditosti): průměrné úrovně pH oceánu se od začátku průmyslové revoluce snížily o 0,1, což odpovídá zvýšení kyselosti o 26 %. Je však těžké odhadnout plný dopad okyselení na mořský život. Studie vykazují širokou škálu možných dopadů, pozitivních i negativních, různé živočišné druhy se liší úrovní odolnosti a přizpůsobivosti. Pod určitou úrovní pH nastává koroze uhličitanu vápenatého, který využívá mnoho organismů pro stavbu schránek a koster. Některé korály, pteropody (drobní mořští šneci), mlži (škeble a mušle) a vápenatý fytoplankton se zdají být zvláště citlivé na změny v chemii mořské vody. Vydávání energie na překonání následků kyselejšího prostředí může snížit dostupnou energii pro fyziologické procesy, jako je reprodukce a růst. 

Jaderné a izotopové techniky 

Například izotopy boru v korálech a zkamenělých organismy umožňují vědcům posoudit minulé hladiny pH oceánu a identifikovat minulé „acidifikační události“, s možnými korelacemi s epizodami masových vymírání a změn ve struktuře ekosystému. Korálové útesy hostí nejrozmanitější ekosystémy na planetě a patří k nejvíce ohroženým. Radioaktivní izotop vápníku ⁴⁵Ca lze použít jako stopovací látku ke zkoumání rychlostí růstu vápenatých organismů, jako jsou korály nebo slávky a další měkkýši, jejichž kostry a skořápky jsou složené z uhličitanu vápenatého. 

Hodnocení skladovacích kapacit oceánského uhlíku 

Oceán ukládá uhlík primárně prostřednictvím dvou mechanismů: fyzikálně chemického a biologického. Ve fyzikálně chemickém je CO₂ přepravován z atmosféry do hlubokého oceánu chemickými procesy výměny plynů, rozpouštění a oceánskou cirkulací. Biologický mechanizmus vede přes potravinový řetězec - fotosyntézou fytoplankton (mikroskopické mořské rostliny) absorbujte CO₂ v povrchovém oceánu a převádí jej na biomolekuly obsahující uhlík. I část tohoto uhlíku skončí v hlubinách oceánu, kde se recykluje zpět na anorganický uhlík, který je tam tak skladován a izolován od atmosféry. Kdyby biologické uhlíkové čerpadlo v oceánu přestalo fungovat, atmosférický CO₂ by mohl vzrůst o 200 až 400 ppm nad dnešní úroveň 400 ppm dosaženou v roce 2015. Tok uhlíku do hlubokého oceánu lze měřit přímo sběrem živých i mrtvých mikroskopických organismů či výkalů v sedimentu mořského dna. K tomu se využívají přirozeně se vyskytující radioizotopy thoria a polonia. Tyto radioizotopy se rozpadají známou rychlostí a používají se jako „hodiny“ k určení, jak rychle částice obsahující uhlík klesají. Environmentální laboratoře IAEA zkoumají osud uhlíku také pomocí analýzy mikrobiálních procesů. Mikrobi jsou zodpovědní za transformace organického materiálu z potopených částic na anorganický uhlík. K měření těchto mikrobiálních procesů uhlíkového cyklu lze použít jak přirozeně se vyskytující radioaktivní izotop uhlíku, tak i stopovače značené radioizotopem. Uplatnění těchto nástrojů v různých oceánech pomáhá určit rozsah absorpce uhlíku napříč různými ekosystémy. Environmentální laboratoře IAEA se účastní výzkumných misí v různých částech světa, např. v Severním ledovém oceánu, který je citlivý na oteplování či v zónách s minimem kyslíku jako jsou pobřežní oblasti Peru a Mauretánie. Předpokládá se, že právě tyto zóny se budou se změnami klimatu rozšiřovat. Pochopení rychlosti recyklace uhlíku a podmínky, které jej ovlivňují, jsou důležité pro hodnocení kapacity hlubokých oceánů ukládat uhlík. 

Globální síť pro pozorování okyselování oceánů 

Ve spolupráci s partnery, jako je Mezivládní oceánografická komise Organizace OSN pro výchovu, vědu a kulturu (UNESCO), Světová meteorologická organizace, Globální systém pozorování oceánů a Mezinárodní projekt koordinace uhlíku v oceánech, podpořila OA-ICC v roce 2013 spuštění Globální sítě pro pozorování okyselení oceánů (GOA-ON). Datový portál GOA-ON poskytuje informace o zařízeních pro monitorování acidifikace oceánů a umožňuje přístup k údajům v reálném čase. Usnadňuje tak definování společné výzkumné strategie. Tato globální síť se skládá z asi 750 vědců ze 100 zemí. Jedním z hlavních cílů GOA-ON je zvýšit monitorování v oblastech, kde je údajů nedostatek, včetně pobřeží Afriky a Indického oceánu. Nedostatečná dostupnost přístrojového vybavení brzdila úsilí většiny rozvojových zemí o trvalé měření. GOA-ON vyvinula zjednodušené metody a sady zařízení pro měření kvality vody a pH. Soupravy, známé jako „GOA-ON in a Box“, byly distribuovány vědcům v 16 zemích Afriky, Tichomoří a Latinské Ameriky. 

Asijská moře 

Více než 30 odborníků z Bangladéše, Indie, Malajsie, Myanmaru, Filipín, Srí Lanky a Thajska se v lednu 2020 sešlo v indické Kalkatě, aby posílili vědecko-výzkumnou kapacitu v jižní a jihovýchodní Asii. OA-ICC podpořila workshop pořádaný Centrem pro klimatická a environmentální studia (CCES) v Indickém institutu vědeckého vzdělávání a výzkumu Kalkata. Přednášky a školení se zaměřily na chemii uhličitanů, biologické účinky, experimentální nastavení, monitorovací přístupy, modelování a socioekologii. Výlet do přírodní rezervace umožnil na místě diskutovat o přístupech k odběru vzorků. „Přírodní rezervace Sajnekhali a okolní oblasti mangrovového lesa poskytly účastníkům možnost pochopení problémů měření okyselování oceánů v dynamických pobřežních ekosystémech,“ uvedl Punyasloke Bhadury, vedoucí CCES.

Streamování informací

OA-ICC je aktivní v mezinárodní sféře, pozvedá téma okyselování oceánů do popředí diskusí na konferencích OSN o změně klimatu a o cílech udržitelného rozvoje. Ve spolupráci s Mezivládní oceánografickou komisí UNESCO uspořádal OA-ICC v červenci 2020 v rámci Politického fóra OSN akci, která měla ukázat, jak pokročit v budování kapacit pro řešení acidifikace oceánů. Na virtuálním setkání se více než 90 účastníkům představila skupina odborníků, která vyzvala k integrovanějšímu, vědecky založenému řízení, aby se minimalizovaly dopady okyselování oceánů na volně žijící živočichy. „Jako agentura OSN se snažíme umožnit členským státům, aby začaly monitorovat okyselování oceánů, přispívaly k procesu podávání informací a v konečném důsledku zavedly zmírňující a adaptační opatření,“ řekl Swarzenski.

OA-ICC také spravuje specializované webové stránky s otevřeným přístupem, které nabízejí stálý proud vědeckých zpráv, mediální pokrytí, politické zprávy a další materiály týkající se okyselování oceánů. Zpravodajský tok se snaží zvýšit povědomí o okyselení oceánů a zesílit úsilí o řešení této otázky a jejích důsledků. „Pracujeme s výzkumnými programy a organizacemi po celém světě, abychom efektivně komunikovali o okyselování oceánů s větším publikem,“ řekl Swarzenski.

 Zdroj: Joanne Liouová, IAEA

Ocean Acidification International Coordination Centre (OA-ICC) | IAEA

Navigating Ocean Acidification | IAEA