Человеческая деятельность влияет на морскую жизнь и морские среды обитания через чрезмерный вылов рыбы , потерю среды обитания , внедрение инвазивных видов , загрязнение океана , закисление океана и потепление океана . Это влияет на морские экосистемы и пищевые сети и может привести к последствиям, которые пока не признаны для биоразнообразия и продолжения морских форм жизни. [3]
Океан можно описать как крупнейшую в мире экосистему, и он является домом для многих видов морских животных. Различные виды деятельности, осуществляемые и вызванные людьми, такие как глобальное потепление, закисление океана и загрязнение, влияют на морскую жизнь и ее среду обитания. За последние 50 лет более 90 процентов глобального потепления, вызванного деятельностью человека, было поглощено океаном. Это приводит к повышению температуры океана и закислению океана, что вредно для многих видов рыб и наносит ущерб среде обитания, такой как кораллы . [4] С кораллами, производящими материалы, такие как карбонатная порода и известковые отложения, это создает уникальную и ценную экосистему, которая не только обеспечивает пищу/дом для морских существ, но и имеет много преимуществ для людей. Закисление океана, вызванное повышением уровня углекислого газа , приводит к обесцвечиванию кораллов, где скорость кальцификации снижается, что влияет на рост кораллов. [5] Кроме того, еще одной проблемой, вызванной людьми, которая влияет на морскую жизнь, является загрязнение морской среды пластиком , которое представляет угрозу для морской жизни. [6] По данным МГЭИК (2019), с 1950 года «многие морские виды из разных групп претерпели сдвиги в географическом ареале и сезонной активности в ответ на потепление океана, изменение морского льда и биогеохимические изменения, такие как потеря кислорода, в их среде обитания». [7]
По оценкам, только 13% площади океана остается нетронутой , в основном в открытых районах океана, а не вдоль побережья. [8]
Согласно отчету Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций за 2018 год, чрезмерный вылов рыбы происходит в одной трети мировых рыбных запасов. [9] Кроме того, отраслевые наблюдатели полагают, что незаконный, несообщаемый и нерегулируемый вылов рыбы происходит в большинстве рыболовных промыслов и составляет до 30% от общего улова в некоторых важных рыболовных промыслах. [10] В явлении, называемом «рыболовство вниз по пищевой цепи» , средний трофический уровень мирового рыболовства снизился из-за чрезмерного вылова рыбы высокого трофического уровня . [11]
«Это почти как если бы мы использовали нашу армию для борьбы с животными в океане. Мы постепенно выигрываем эту войну по их истреблению».
– Дэниел Поли , пионер в области изучения влияния человека на мировое рыболовство, [12]
Прибрежные экосистемы особенно страдают от деятельности человека. [13] Значительная потеря среды обитания происходит, в частности, на лугах морской травы, в мангровых лесах и на коралловых рифах, все из которых находятся в глобальном упадке из-за вмешательства человека.
Коралловые рифы являются одними из самых продуктивных и разнообразных экосистем на планете, но пятая часть из них была утрачена в последние годы из-за антропогенных нарушений. [14] [15] Коралловые рифы являются микробиологически управляемыми экосистемами, которые полагаются на морские микроорганизмы для сохранения и переработки питательных веществ, чтобы процветать в олиготрофных водах. Однако эти же микроорганизмы могут также запускать циклы обратной связи, которые усиливают упадок коралловых рифов, с каскадными эффектами по биогеохимическим циклам и морским пищевым цепям . Необходимо лучшее понимание сложных микробных взаимодействий внутри коралловых рифов, если сохранение рифов имеет шанс на успех в будущем. [16]
За последние десятилетия луга морской травы потеряли 30 000 км 2 (12 000 кв. миль). Услуги экосистемы морской травы , в настоящее время оцениваемые примерно в 1,9 триллиона долларов США в год, включают круговорот питательных веществ , обеспечение пищей и средой обитания для многих морских животных, включая находящихся под угрозой исчезновения дюгоней , ламантинов и зеленых черепах , а также основные удобства для рыб коралловых рифов . [13]
С 1980 года также была утрачена пятая часть мангровых лесов мира. [17] Самой серьезной угрозой для лесов водорослей может быть чрезмерный вылов рыбы в прибрежных экосистемах, который, удаляя более высокие трофические уровни, способствует их переходу в обедненные морские ежи пустоши . [18]
Инвазивный вид — это вид, не являющийся аборигеном определенного места, который может распространяться в такой степени, что наносит ущерб окружающей среде, экономике или здоровью человека. [19] В 2008 году Молнар и др. задокументировали пути сотен морских инвазивных видов и обнаружили, что судоходство является доминирующим механизмом переноса инвазивных видов в океане. Два основных морских механизма переноса морских организмов в другие океанические среды — это обрастание корпусов и перенос балластной воды . [20]
Балластная вода , забираемая в море и сбрасываемая в порту, является основным источником нежелательной экзотической морской жизни. Инвазивные пресноводные мидии-зебры, обитающие в Черном, Каспийском и Азовском морях, вероятно, были завезены в Великие озера с балластной водой с трансокеанского судна. [21] Майнес полагает, что один из худших случаев, когда один инвазивный вид наносит вред экосистеме, можно отнести к, казалось бы, безобидной медузе . Mnemiopsis leidyi , вид гребневой медузы, который распространился так, что теперь обитает в эстуариях во многих частях мира, был впервые завезен в 1982 году и, как полагают, был завезен в Черное море с балластной водой судна. Популяция медуз росла экспоненциально, и к 1988 году она нанесла ущерб местной рыболовной промышленности . « Улов анчоуса упал с 204 000 тонн в 1984 году до 200 тонн в 1993 году; кильки — с 24 600 тонн в 1984 году до 12 000 тонн в 1993 году; ставриды — с 4000 тонн в 1984 году до нуля в 1993 году». [22] Теперь, когда медузы истощили зоопланктон , включая личинки рыб, их численность резко сократилась, но они продолжают удерживать экосистему мертвой хваткой .
Инвазивные виды могут захватывать когда-то занятые территории, способствовать распространению новых заболеваний, вносить новый генетический материал, изменять подводные морские ландшафты и подвергать риску способность местных видов добывать пищу. Инвазивные виды ежегодно несут ответственность за около 138 миллиардов долларов в виде потерянных доходов и расходов на управление только в США. [23]
Загрязнение морской среды происходит, когда вещества, используемые или распространяемые людьми, такие как промышленные , сельскохозяйственные и бытовые отходы , частицы , шум , избыток углекислого газа или инвазивные организмы, попадают в океан и оказывают там вредное воздействие. Большая часть этих отходов (80%) поступает из наземной деятельности, хотя морской транспорт также вносит значительный вклад. [24] Это сочетание химикатов и мусора, большая часть которого поступает из наземных источников и смывается или выдувается в океан. Это загрязнение приводит к ущербу окружающей среде, здоровью всех организмов и экономическим структурам во всем мире. [25] Поскольку большая часть поступления поступает с суши, либо через реки , сточные воды или атмосферу, это означает, что континентальные шельфы более уязвимы для загрязнения. Загрязнение воздуха также является способствующим фактором, перенося в океан железо, углекислоту, азот , кремний, серу, пестициды или частицы пыли. [26] Загрязнение часто происходит из неточечных источников, таких как сельскохозяйственные стоки , разносимый ветром мусор и пыль. Эти неточечные источники в основном связаны со стоком, который попадает в океан через реки, но переносимый ветром мусор и пыль также могут играть свою роль, поскольку эти загрязняющие вещества могут оседать в водных путях и океанах. [27] Пути загрязнения включают прямой сброс, сток с суши, загрязнение с судов , загрязнение трюмов , загрязнение атмосферы и, потенциально, глубоководную добычу полезных ископаемых .
Типы загрязнения морской среды можно сгруппировать как загрязнение морским мусором , пластиковое загрязнение , включая микропластик , закисление океана , загрязнение питательными веществами , токсинами и подводным шумом. Пластиковое загрязнение океана — это тип загрязнения морской среды пластиком , размер которого варьируется от крупного исходного материала, такого как бутылки и пакеты, до микропластика, образованного в результате фрагментации пластикового материала. Морской мусор — это в основном выброшенный человеческий мусор, который плавает или находится в подвешенном состоянии в океане. Пластиковое загрязнение вредно для морской жизни .
Еще одной проблемой является сток питательных веществ (азота и фосфора) от интенсивного сельского хозяйства и сброс неочищенных или частично очищенных сточных вод в реки и впоследствии в океаны. Эти азотные и фосфорные питательные вещества (которые также содержатся в удобрениях ) стимулируют рост фитопланктона и макроводорослей , что может привести к вредоносному цветению водорослей ( эвтрофикации ), которое может быть вредным как для людей, так и для морских существ. Чрезмерный рост водорослей также может задушить чувствительные коралловые рифы и привести к потере биоразнообразия и здоровья кораллов. Вторая серьезная проблема заключается в том, что деградация цветения водорослей может привести к потреблению кислорода в прибрежных водах, ситуация, которая может ухудшиться с изменением климата , поскольку потепление уменьшает вертикальное перемешивание водной толщи. [28]Загрязнение питательными веществами является основной причиной эвтрофикации поверхностных вод, при которой избыток питательных веществ, обычно нитратов или фосфатов , стимулирует рост водорослей. Затем эти водоросли умирают, тонут и разлагаются бактериями в воде. Этот процесс разложения потребляет кислород, истощая запасы для других морских существ и создавая то, что называется «мертвой зоной». Мертвые зоны являются гипоксическими, то есть в воде очень низкий уровень растворенного кислорода. Это убивает морскую жизнь или заставляет ее покидать эту область, удаляя жизнь из этой области и давая ей название «мертвая зона». Гипоксические зоны или мертвые зоны могут возникать естественным образом, но загрязнение питательными веществами в результате деятельности человека превратило этот естественный процесс в экологическую проблему. [29]
Существует пять основных источников загрязнения питательными веществами. Наиболее распространенным источником стока питательных веществ являются городские сточные воды. Эти сточные воды могут попадать в водные пути через ливневые воды, утечки или прямой сброс человеческих нечистот в водоемы. Следующим по величине источником является сельскохозяйственная практика. Химические удобрения, используемые в сельском хозяйстве, могут просачиваться в грунтовые воды или смываться дождевой водой, попадая в водные пути и привнося избыток азота и фосфора в эти среды. Отходы животноводства также могут попадать в водные пути и привносить избыток питательных веществ. Загрязнение питательными веществами от навоза животных наиболее интенсивно происходит в результате промышленных операций по животноводству, в которых сотни или тысячи животных выращиваются в одной концентрированной области. Ливневый дренаж является еще одним источником загрязнения питательными веществами. Питательные вещества и удобрения с жилых помещений и непроницаемых поверхностей могут быть собраны в ливневые воды, которые затем попадают в близлежащие реки и ручьи, которые в конечном итоге ведут к океану. Пятым основным источником стока питательных веществ является аквакультура, в которой водные организмы выращиваются в контролируемых условиях. Экскременты, излишки пищи и другие органические отходы, образующиеся в результате этих операций, привносят избыток питательных веществ в окружающую воду. [30]
Токсичные химикаты могут прилипать к крошечным частицам, которые затем поглощаются планктоном и донными животными , большинство из которых являются либо отложениями , либо фильтраторами . Таким образом, токсины концентрируются вверху в пищевых цепях океана . Многие частицы химически соединяются таким образом, что истощают кислород, в результате чего эстуарии становятся бескислородными . Пестициды и токсичные металлы аналогичным образом включаются в морские пищевые сети, нанося вред биологическому здоровью морской жизни. Многие корма для животных имеют высокое содержание рыбной муки или гидролизата рыбы . Таким образом, морские токсины передаются обратно сельскохозяйственным наземным животным, а затем людям.
Концентрации фитопланктона увеличились за последнее столетие в прибрежных водах, а в последнее время снизились в открытом океане. Увеличение стока питательных веществ с суши может объяснить рост прибрежного фитопланктона, в то время как повышение температуры поверхности в открытом океане могло усилить стратификацию в толще воды, уменьшив поток питательных веществ из глубины, которые фитопланктон открытого океана считает полезными. [31]
Ежегодно производится более 300 миллионов тонн пластика, половина из которых используется в одноразовых изделиях, таких как стаканчики, пакеты и упаковка. Ежегодно в океаны попадает не менее 14 миллионов [32] тонн пластика. Невозможно знать наверняка, но, по оценкам, в наших океанах находится около 150 миллионов метрических тонн пластика. Пластиковое загрязнение составляет 80% всего морского мусора от поверхностных вод до глубоководных отложений. Поскольку пластик легкий, большая часть этого загрязнения наблюдается на поверхности океана и вокруг нее, но пластиковый мусор и частицы теперь встречаются в большинстве морских и наземных местообитаний, включая глубоководные районы , Великие озера, коралловые рифы, пляжи, реки и эстуарии. Самым ярким свидетельством проблемы пластика в океане являются мусорные пятна , которые скапливаются в областях круговорота . Круговорот — это круговое океаническое течение, образованное ветровыми моделями Земли и силами, создаваемыми вращением планеты. [33] Существует пять основных океанических круговоротов: субтропические круговороты северной и южной части Тихого океана , субтропические круговороты северной и южной части Атлантики и субтропический круговорот Индийского океана . В каждом из них есть значительные мусорные пятна. [34]
Более крупные пластиковые отходы могут быть проглочены морскими видами, заполняя их желудки и заставляя их верить, что они сыты, когда на самом деле они не приняли ничего, что имело бы пищевую ценность. Это может привести к тому, что морские птицы , киты , рыбы и черепахи умрут от голода с желудками, заполненными пластиком. Морские виды также могут задохнуться или запутаться в пластиковом мусоре. [35]
Самая большая угроза загрязнения океана пластиком исходит от микропластика . Это небольшие фрагменты пластикового мусора, некоторые из которых были произведены такими маленькими, как микрошарики. Другие микропластики появляются в результате выветривания более крупных пластиковых отходов . Как только более крупные куски пластиковых отходов попадают в океан или любой водный путь, воздействие солнечного света, температура, влажность, волны и ветер начинают разбивать пластик на куски длиной менее пяти миллиметров. Пластик также может быть разложен более мелкими организмами, которые будут поедать пластиковый мусор, разбивая его на мелкие кусочки, и либо выделять этот микропластик, либо выплевывать его. В ходе лабораторных испытаний было обнаружено, что амфиподы вида Orchestia gammarellus могут быстро пожирать куски пластиковых пакетов, измельчая один пакет на 1,75 миллиона микроскопических фрагментов. [36] Хотя пластик разлагается, он все еще является искусственным материалом, который не разлагается. По оценкам, примерно 90% пластика в пелагической морской среде — это микропластик. [33] Эти микропластики часто потребляются морскими организмами в основании пищевой цепи, такими как планктон и личинки рыб, что приводит к концентрации поглощенного пластика вверх по пищевой цепи . Пластик производится с токсичными химикатами, которые затем попадают в морскую пищевую цепь, включая рыбу, которую едят некоторые люди. [37]
В океане существует естественный звуковой ландшафт, вокруг которого организмы развивались на протяжении десятков тысяч лет. Однако деятельность человека нарушила этот звуковой ландшафт, в значительной степени заглушив звуки, от которых зависят организмы для спаривания, защиты от хищников и путешествий. Гребные винты и двигатели кораблей и лодок, промышленное рыболовство, прибрежное строительство, бурение нефтяных скважин, сейсмические исследования, военные действия, добыча полезных ископаемых на морском дне и навигация на основе сонара — все это внесло шумовое загрязнение в океанскую среду. Только судоходство привело к предполагаемому 32-кратному увеличению низкочастотного шума вдоль основных судоходных маршрутов за последние 50 лет, оттеснив морских животных от жизненно важных мест размножения и кормления. [41] Звук — это сенсорный сигнал, который распространяется дальше всего по океану, а антропогенное шумовое загрязнение нарушает способность организмов использовать звук. Это создает стресс для организмов, который может повлиять на их общее состояние здоровья, нарушая их поведение, физиологию и воспроизводство и даже вызывая смертность. [42] Звуковые волны от сейсмических исследований могут повредить уши морских животных и нанести серьезные травмы. Шумовое загрязнение особенно вредно для морских млекопитающих, которые полагаются на эхолокацию, таких как киты и дельфины. Эти животные используют эхолокацию для общения, навигации, кормления и поиска партнеров, но избыточный звук мешает их способности использовать эхолокацию и, следовательно, выполнять эти жизненно важные задачи. [43]
Перспектива глубоководной добычи полезных ископаемых вызвала обеспокоенность у ученых и экологических групп по поводу воздействия на хрупкие глубоководные экосистемы и более широкого воздействия на биологический насос океана . [44] [45]
Быстрое изменение океанской среды позволяет процветать болезням. Болезнетворные микробы могут изменяться и адаптироваться к новым условиям океана гораздо быстрее, чем другие морские организмы, что дает им преимущество в океанских экосистемах. Эта группа организмов включает вирусы, бактерии, грибки и простейшие. В то время как эти патогенные организмы могут быстро адаптироваться, другие морские организмы ослабевают из-за быстрых изменений в их среде. Кроме того, микробы становятся более многочисленными из-за аквакультуры, разведения водных организмов и человеческих отходов, загрязняющих океан. Эти практики вносят новые патогены и избыток питательных веществ в океан, что еще больше способствует выживанию микробов. [46]
Некоторые из этих микробов имеют широкий спектр хозяев и называются патогенами с несколькими хозяевами. Это означает, что патоген может инфицировать, размножаться и передаваться от разных, неродственных видов. Патогены с несколькими хозяевами особенно опасны, поскольку они могут инфицировать многие организмы, но не могут быть смертельными для всех из них. Это означает, что микробы могут существовать в видах, которые более устойчивы, и использовать эти организмы в качестве сосудов для постоянного заражения восприимчивого вида. В этом случае патоген может полностью уничтожить восприимчивый вид, сохраняя при этом запас организмов-хозяев. [46]
В морской среде микробная первичная продукция вносит существенный вклад в секвестрацию CO 2 . Морские микроорганизмы также перерабатывают питательные вещества для использования в морской пищевой цепи и в процессе выделяют CO 2 в атмосферу. Микробная биомасса и другие органические вещества (остатки растений и животных) преобразуются в ископаемое топливо в течение миллионов лет. Напротив, сжигание ископаемого топлива высвобождает парниковые газы за малую часть этого времени. В результате углеродный цикл выходит из равновесия, и уровень CO 2 в атмосфере будет продолжать расти до тех пор, пока ископаемое топливо продолжает сжигаться. [47]
Большая часть тепловой энергии от глобального потепления уходит в океан, а не в атмосферу или на нагревание земли. [49] [50] Ученые поняли, что более 30 лет назад океан был ключевым отпечатком антропогенного воздействия на изменение климата , и «наилучшей возможностью для существенного улучшения нашего понимания чувствительности климата, вероятно, является мониторинг внутренней температуры океана». [51]
Морские организмы перемещаются в более прохладные части океана по мере глобального потепления. Например, группа из 105 видов морских рыб и беспозвоночных наблюдалась вдоль северо-восточного побережья США и в восточной части Берингова моря. В период с 1982 по 2015 год средний центр биомассы для группы сместился на север примерно на 10 миль, а также переместился примерно на 20 футов глубже. [52] [53]
Существуют доказательства того, что повышение температуры океана наносит ущерб морской экосистеме. Например, исследование изменений фитопланктона в Индийском океане указывает на снижение морского фитопланктона на 20% за последние шесть десятилетий. [55] Летом западная часть Индийского океана является местом одной из самых больших концентраций цветения морского фитопланктона в мире. Усиление потепления в Индийском океане усиливает стратификацию океана, что препятствует смешиванию питательных веществ в эвфотической зоне , где достаточно света для фотосинтеза. Таким образом, первичное производство ограничивается, и вся пищевая сеть региона нарушается. Если быстрое потепление продолжится, Индийский океан может превратиться в экологическую пустыню и перестать быть продуктивным. [55]
Антарктическое колебание (также называемое Южным кольцевым режимом ) представляет собой пояс западных ветров или низкого давления, окружающий Антарктиду , который движется на север или юг в зависимости от фазы, в которой он находится. [58] В своей положительной фазе западный ветровой пояс, который движет Антарктическим циркумполярным течением, усиливается и сжимается по направлению к Антарктиде , [59] в то время как в своей отрицательной фазе пояс движется по направлению к экватору. Ветры, связанные с Антарктическим колебанием, вызывают океанический подъем теплой циркумполярной глубокой воды вдоль континентального шельфа Антарктиды. [60] [61] Это было связано с таянием основания шельфового ледника , [62] представляя собой возможный ветровый механизм, который может дестабилизировать большие части Антарктического ледяного щита. [63] Антарктическое колебание в настоящее время находится в самой экстремальной положительной фазе, которая имела место за более чем тысячу лет. В последнее время эта положительная фаза еще больше усиливается, и это объясняется повышением уровня парниковых газов и последующим истощением стратосферного озона. [64] [65] Эти крупномасштабные изменения в физической среде «приводят к изменениям на всех уровнях морских пищевых цепей Антарктики». [56] [57] Потепление океана также изменяет распределение антарктического криля . [56] [57] Антарктический криль является ключевым видом экосистемы Антарктики за пределами прибрежного шельфа и является важным источником пищи для морских млекопитающих и птиц . [66]
МГЭИК (2019) утверждает, что морские организмы во всем мире подвергаются воздействию потепления океана, что напрямую влияет на человеческие сообщества, рыболовство и производство продуктов питания. [67] Вероятно, к концу 21-го века из- за изменения климата численность морских животных сократится на 15%, а уловы рыбы сократятся на 21–24%. [68]
Исследование 2020 года сообщает, что к 2050 году глобальное потепление может распространяться в глубинах океана в семь раз быстрее, чем сейчас, даже если выбросы парниковых газов будут сокращены. Потепление в мезопелагических и более глубоких слоях может иметь серьезные последствия для глубоководной пищевой сети океана , поскольку океаническим видам придется перемещаться, чтобы оставаться в условиях температур выживания. [69] [70]
Прибрежные экосистемы сталкиваются с дальнейшими изменениями из-за повышения уровня моря . Некоторые экосистемы могут перемещаться вглубь суши с отметкой прилива, но другие не могут мигрировать из-за естественных или искусственных барьеров. Это прибрежное сужение, называемое прибрежным сжатием, если задействованы антропогенные барьеры, может привести к потере таких мест обитания , как илистые отмели и болота . [72] [73] Мангровые заросли и приливные болота приспосабливаются к повышению уровня моря, строясь вертикально, используя накопленные отложения и органические вещества . Если уровень моря поднимется слишком быстро, они не смогут угнаться за ним и вместо этого будут затоплены. [74]
Кораллы, важные для жизни птиц и рыб, также должны расти вертикально, чтобы оставаться близко к поверхности моря, чтобы получать достаточно энергии от солнечного света. До сих пор они могли выдерживать это, но, возможно, не смогут делать этого в будущем. [77] Эти экосистемы защищают от штормовых нагонов, волн и цунами. Их потеря ухудшает последствия повышения уровня моря. [78] [79] Человеческая деятельность, такая как строительство плотин, может помешать естественным процессам адаптации, ограничивая поставки осадка в водно-болотные угодья, что приводит к потере приливных болот . [80] Когда морская вода перемещается вглубь суши, прибрежное наводнение может вызвать проблемы с существующими наземными экосистемами, например, загрязняя их почвы. [81] Меломис Брамбл-Кей является первым известным наземным млекопитающим, вымершим в результате повышения уровня моря. [82] [83]
Соленость океана является мерой того, сколько растворенной соли находится в океане. Соли появляются в результате эрозии и переноса растворенных солей с суши. Поверхностная соленость океана является ключевой переменной в климатической системе при изучении глобального круговорота воды , обмена океан-атмосфера и циркуляции океана , всех жизненно важных компонентов, переносящих тепло, импульс, углерод и питательные вещества по всему миру. [84] Холодная вода плотнее теплой, а соленая вода плотнее пресной. Это означает, что плотность океанской воды изменяется по мере изменения ее температуры и солености. Эти изменения плотности являются основным источником энергии, которая управляет циркуляцией океана. [84]
Измерения солености поверхности океана, проводимые с 1950-х годов, указывают на интенсификацию глобального круговорота воды, при этом области с высоким содержанием соли становятся более солеными, а области с низким содержанием соли становятся более менее солеными. [85] [86]
Закисление океана — это растущее закисление океанов, вызванное в основном поглощением углекислого газа из атмосферы . [88] Рост содержания углекислого газа в атмосфере из-за сжигания ископаемого топлива приводит к тому, что в океане растворяется больше углекислого газа. Когда углекислый газ растворяется в воде, он образует ионы водорода и карбоната. Это, в свою очередь, увеличивает кислотность океана и делает выживание все более трудным для микроорганизмов, моллюсков и других морских организмов, которые зависят от карбоната кальция для формирования своих раковин. [89]
Повышение кислотности также может нанести другой вред морским организмам, например, снизить скорость метаболизма и иммунные реакции у некоторых организмов, а также вызвать обесцвечивание кораллов . [90] Закисление океана увеличилось на 26% с начала индустриальной эпохи. [91] Его сравнивают с антропогенным изменением климата и называют «злым близнецом глобального потепления » [92] и «другой проблемой CO 2 ». [93]
Деоксигенация океана является дополнительным фактором стресса для морской жизни. Деоксигенация океана представляет собой расширение зон минимального содержания кислорода в океанах в результате сжигания ископаемого топлива . Изменение произошло довольно быстро и представляет угрозу для рыб и других видов морской жизни, а также для людей, которые зависят от морской жизни для питания или средств к существованию. [94] [95] [96] [97] Деоксигенация океана имеет последствия для продуктивности океана , круговорота питательных веществ, круговорота углерода и морских местообитаний . [98] [99]
Потепление океана усугубляет деоксигенацию океана и еще больше нагружает морские организмы, ограничивая доступность питательных веществ за счет увеличения стратификации океана через эффекты плотности и растворимости, в то же время увеличивая метаболическую потребность. [100] [101] Согласно Специальному докладу МГЭИК 2019 года об океане и криосфере в условиях изменяющегося климата , жизнеспособность видов нарушается по всей пищевой цепи океана из-за изменений в химии океана . По мере нагревания океана смешивание между слоями воды уменьшается, в результате чего для морской жизни становится меньше кислорода и питательных веществ . [102]
До недавнего времени ледяные щиты [104] рассматривались как инертные компоненты углеродного цикла и в значительной степени игнорировались в глобальных моделях. Исследования последнего десятилетия изменили эту точку зрения, продемонстрировав существование уникально адаптированных микробных сообществ, высокие показатели биогеохимического/физического выветривания в ледяных щитах и хранение и круговорот органического углерода в объеме более 100 миллиардов тонн, а также питательных веществ. [105]
Диаграмма справа показывает некоторые воздействия человека на морской азотный цикл . Биодоступный азот (Nb) вводится в морские экосистемы стоком или атмосферным осаждением, вызывая эвтрофикацию , образование мертвых зон и расширение зон минимального содержания кислорода (ЗМОК). Выделение оксидов азота (N2O , NO) в результате антропогенной деятельности и зон с дефицитом кислорода вызывает истощение стратосферного озона , что приводит к более высокому воздействию УФ-В , что наносит ущерб морской жизни, вызывает кислотные дожди и потепление океана . Потепление океана вызывает стратификацию воды, дезоксигенацию и образование мертвых зон. Мертвые зоны и ЗМОК являются горячими точками для анаммокса и денитрификации , вызывая потерю азота (N2 и N2O ) . Повышенный уровень углекислого газа в атмосфере подкисляет морскую воду, уменьшая зависящие от pH процессы азотного цикла, такие как нитрификация, и усиливая фиксацию N2 . [106]
Арагонит — это форма карбоната кальция , которую многие морские животные используют для построения карбонатных скелетов и раковин. Чем ниже уровень насыщения арагонитом , тем сложнее организмам строить и поддерживать свои скелеты и раковины. На карте ниже показаны изменения уровня насыщения арагонитом поверхностных вод океана между 1880 и 2012 годами. [107]
Приведем один пример: птероподы — это группа широко распространенных плавающих морских улиток . Для создания раковин птероподам требуется арагонит , который вырабатывается с помощью карбонатных ионов и растворенного кальция. Птероподы серьезно пострадали, поскольку растущие уровни закисления неуклонно снижают количество воды, пересыщенной карбонатом, который необходим для создания арагонита. [108]
Когда раковина крылоногого моллюска была погружена в воду с уровнем pH, которого, по прогнозам, достигнет океан к 2100 году, раковина почти полностью растворилась в течение шести недель. [109] Аналогично кораллы , [110] коралловые водоросли , [111] кокколитофориды, [112] фораминиферы , [113] а также моллюски в целом, [114] испытывают снижение кальцификации или усиление растворения в результате закисления океана.
Крылоногие и офиуры вместе образуют основу арктических пищевых сетей , и оба серьезно повреждаются закислением. Панцири крылоногих растворяются с ростом закисления, а офиуры теряют мышечную массу при повторном отращивании конечностей. [115] Кроме того, яйца офиуры погибают в течение нескольких дней при воздействии ожидаемых условий, возникающих в результате закисления Арктики. [116] Закисление грозит разрушить арктические пищевые сети от основания вверх. Арктические воды быстро меняются и продвигаются в процессе недонасыщения арагонитом. [108] Арктические пищевые сети считаются простыми, что означает, что в пищевой цепи от мелких организмов до более крупных хищников есть несколько шагов. Например, крылоногие являются «ключевой добычей ряда высших хищников – более крупного планктона, рыб, морских птиц, китов». [117]
Рост сельского хозяйства за последние 400 лет увеличил обнажение горных пород и почв, что привело к увеличению скорости выветривания силикатов. В свою очередь, выщелачивание запасов аморфного кремнезема из почв также увеличилось, обеспечивая более высокие концентрации растворенного кремнезема в реках. [118] И наоборот, увеличение плотин привело к сокращению поставок кремнезема в океан из-за поглощения пресноводными диатомовыми водорослями за плотинами. Доминирование некремнистого фитопланктона из-за антропогенной нагрузки азота и фосфора и усиленного растворения кремнезема в более теплых водах может ограничить экспорт кремниевых океанических осадков в будущем. [118]
В 2019 году группа ученых предположила, что закисление снижает выработку диатомового кремния в Южном океане . [119] [120]
Поскольку технические и политические проблемы подходов к удалению углекислого газа на суше становятся все более очевидными, океаны могут стать новой «синей» границей для стратегий сокращения выбросов углерода в климатическом управлении. [128] Морская среда является синей границей стратегии новых поглотителей углерода в климатическом управлении после Парижа, от управления экосистемами на основе природы до промышленных технологических вмешательств в систему Земли. Подходы к удалению углекислого газа в морской среде разнообразны [129] [130] — хотя некоторые из них напоминают ключевые предложения по удалению углекислого газа на суше. [128] Ощелачивание океана (добавление силикатного минерала, такого как оливин , в прибрежную морскую воду для увеличения поглощения CO2 посредством химических реакций) — это усиленное выветривание, синий углерод (усиление естественного биологического сокращения CO2 прибрежной растительностью) — это морское лесовосстановление, а выращивание морской биомассы (т. е. морских водорослей) для сопряжения с последующим улавливанием и хранением углерода — это морской вариант биоэнергетики и улавливания и хранения углерода. Водно-болотные угодья , побережья и открытый океан рассматриваются и развиваются как управляемые места удаления и хранения углерода, при этом методы расширяются за счет использования почв и лесов. [128]
Если присутствует более одного стрессора, эффекты могут усиливаться. [133] [134] Например, сочетание закисления океана и повышения его температуры может иметь комплексное воздействие на морскую жизнь, намного превосходящее индивидуальное вредное воздействие каждого из них. [135] [136] [137]
Хотя все последствия повышенного уровня CO 2 для морских экосистем все еще документируются, существует значительный объем исследований, показывающих, что сочетание закисления океана и повышенной температуры океана, вызванное в основном выбросами CO 2 и других парниковых газов , оказывает комплексное воздействие на морскую жизнь и океаническую среду. Этот эффект намного превосходит индивидуальное вредное воздействие любого из них. [135] [138] [137] Кроме того, потепление океана усугубляет деоксигенацию океана , которая является дополнительным фактором стресса для морских организмов, увеличивая стратификацию океана через эффекты плотности и растворимости, тем самым ограничивая питательные вещества, [139] [140] и в то же время увеличивая метаболическую потребность.
Направление и величина эффектов закисления океана, потепления и деоксигенации на океан были количественно оценены метаанализами , [136] [142] [143] и дополнительно проверены исследованиями мезокосма . Исследования мезокосма смоделировали взаимодействие этих стрессоров и обнаружили катастрофическое воздействие на морскую пищевую сеть, а именно, что увеличение потребления от термического стресса более чем сводит на нет любое первичное увеличение производства травоядными от более доступного углекислого газа. [144] [145]
Изменения в динамике морских экосистем зависят от социально-экономической деятельности (например, рыболовство, загрязнение) и биофизических изменений, вызванных человеком (например, температура, закисление океана), и могут взаимодействовать и серьезно влиять на динамику морских экосистем и экосистемные услуги , которые они производят для общества. Понимание этих прямых — или приблизительных — взаимодействий является важным шагом на пути к устойчивому использованию морских экосистем. Однако приблизительные взаимодействия встроены в гораздо более широкий социально-экономический контекст, где, например, экономика через торговлю и финансы, миграция людей и технический прогресс действуют и взаимодействуют в глобальном масштабе, влияя на приблизительные отношения. [146]
В 2024 году было опубликовано исследование [147] , посвященное влиянию рыболовных и не рыболовных судов на прибрежные воды океана, на которые приходится 75% промышленной деятельности. Согласно исследованию: «Треть рыбных запасов эксплуатируется за пределами биологически устойчивых уровней, и, по оценкам, 30–50% критических морских местообитаний были утрачены из-за человеческой индустриализации». В нем упоминается, что помимо традиционных воздействий, таких как рыболовство , морская торговля и добыча нефти , появляются новые, такие как горнодобывающая промышленность , аквакультура и морские ветряные турбины . Для мониторинга судов использовались спутниковые данные. Было обнаружено, что 72–76% рыболовных судов и 21–30% энергетических и транспортных судов «отсутствуют в системах общественного слежения ». Когда данные были добавлены к ранее существующей информации о судах, которые отслеживались публично, это привело к нескольким открытиям, включая:
Исследование выявило значительное увеличение количества ветровых турбин в открытом море , которые уже в 2021 году превзошли по количеству нефтяные платформы . Рыболовство в последние годы увеличилось лишь немного и может начать снижаться, поскольку рыболовство истощено. В нем сделан вывод о том, что «движение транспортных и энергетических судов может продолжать расширяться, следуя тенденциям в мировой торговле и быстрому развитию инфраструктуры возобновляемой энергии. В этом сценарии изменения в морских экосистемах, вызванные инфраструктурой и движением судов, могут соперничать по воздействию с рыболовством».
«Применение физических и биологических наук сделало сегодняшний день, возможно, лучшим из времен: мы живем дольше и здоровее, производство продуктов питания удвоилось за последние 35 лет, а энергетические субсидии заменили человеческий труд, стирая иерархии рабства. Но непреднамеренные последствия этих благонамеренных действий — изменение климата, утрата биоразнообразия, недостаточное водоснабжение и многое другое — вполне могут сделать завтрашний день худшим из времен».
– Роберт Мэй 2006 [148]
Смещение исходных данных возникает в исследованиях морских экосистем, поскольку изменения должны измеряться относительно некоторой предыдущей точки отсчета (исходной линии), которая, в свою очередь, может представлять собой значительные изменения по сравнению с еще более ранним состоянием экосистемы. [149] Например, радикально истощенные рыбные промыслы оценивались исследователями, которые использовали состояние рыбного промысла в начале своей карьеры в качестве исходного уровня, а не рыбный промысел в его неэксплуатируемом или нетронутом состоянии. Районы, которые кишели определенным видом сотни лет назад, могли испытывать долгосрочный спад, но именно уровень несколькими десятилетиями ранее используется в качестве точки отсчета для текущих популяций. Таким образом, большие сокращения в экосистемах или видах в течение длительных периодов времени были и остаются замаскированными. Происходит потеря восприятия изменений, которая происходит, когда каждое поколение переопределяет то, что является естественным или нетронутым. [149]
{{cite book}}
: CS1 maint: location missing publisher (link){{cite web}}
: CS1 maint: multiple names: authors list (link)