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:
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.
Läs vidare i kapitel 25. Hotas korallerna av global uppvärmning och havsförsurning.
Vad du inte visste om KLIMATHOTET 