Dzień dobry wszystkim. Nazywam się Karol Kuliński.
Jestem pracownikiem Instytutu Oceanologii Polskiej Akademii Nauk w Sopocie.
Dzisiaj chciałbym się skupić na takim
stosunkowo wąskim aspekcie biogeochemii morza,
mianowicie na zakwaszaniu wody morskiej.
No właśnie, to zakwaszanie wody morskiej
jest tutaj też ten termin angielski, "Ocean Accidification",
od którego bezpośrednio pochodzi to polskie tłumaczenie.
Ten angielski termin stosunkowo dobrze
przyjął się już w tej nomenklaturze i naukowej, ale też
wykracza poza, w takim szerszym języku jest używany.
Zakwaszanie od razu sugeruje nam, że mamy do czynienia z kwasem.
No więc pytanie powstaje, czy woda morska woda oceaniczna rzeczywiście
robi się kwaśna? I tutaj od razu odpowiadam, że nie,
co najmniej jeszcze nie.
Zakwaszanie to jest proces, gdzie mamy do czynienia
z obniżaniem pH, a więc zmianą pH w kierunku bardziej kwaśnego.
Sama skala pH bywa powszechnie używana,
najczęściej stosuje się ją w granicach od zera do czternastu.
To pH, które jest poniżej siedmiu oznacza, że mamy do czynienia
z roztworami kwaśnymi, natomiast jeśli ph jest powyżej siedmiu
to tutaj mamy do czynienia z roztworami,
które nazywamy za sadowymi czy też zasadami.
No właśnie, ta granica siedem
to jest odczyn obojętny i taki odczyn ma woda,
ale woda, która jest chemicznie czysta, a więc takie czyste H20.
Natomiast, de facto rzadko taką wodę spotykamy,
w rzeczywistości zawsze coś jest w niej rozpuszczone,
nawet tą wodę czystą, którą pijemy.
Widać to dobrze, nie wiem, jeśli ją gotujemy, to się okazuje, że powstaje
jakiś osad i tak dalej, a więc w tej wodzie są zawsze
jakieś substancje rozpuszczone, czy najczęściej.
I te substancje mogą mieć właściwości albo kwasowe, albo zasadowe, część z tych substancji.
No i zależnie od tego czy mamy więcej
w wodzie kwasów, tych substancji kwaśnych, czy zasad
to takie pH ostatecznie będzie miała ta woda.
Woda morska jest lekko zasadowa, ma więcej zasad niż kwasów.
Jej pH h średnie, tak jak spojrzymy globalnie,
jest około 8.1 w warstwie powierzchniowej, a więc mamy tutaj
do czynienia z wodą, która tak naprawdę jest lekką zasadą.
No właśnie, natomiast to pH wody morskiej zmienia się
w kierunku kwaśnym, to znaczy mamy do czynienia z obniżaniem pH.
No i ten proces czy ten mechanizm, który nazywamy
zakwaszeniem wody morskiej, tak naprawdę związany jest
przede wszystkim obecnie z dwutlenkiem węgla.
Dwutlenek węgla jest to gaz, który jest dość specyficzny,
ponieważ gdy rozpuszcza się w wodzie, mamy część z tych cząsteczek
dwutlenku węgla reaguje z wodą, tworząc słaby kwas węglowy.
Kwas węglowy, z kolei, ulega wodzie, podobnie każdy inny kwas,
ulega w wodzie dysocjacji. Dysocjacja jest to rozpad
na jony substancji, w tym przypadku powstają jony wodorowe,
jony H+. A więc wzrost stężenia jonów wodorowych,
koniec końców mamy do czynienia ze spadkiem pH.
Dwutlenek węgla jest tą substancją, która przecież występuje
w środowisku naturalnym dość powszechnie.
Jest produktem oddychania. Wszystkie organizmy żywe oddychają.
Jest też substancją, która jest niezbędna w procesie fotosyntezy,
a więc procesie, gdzie organizmy roślinne wytwarzają
materię organiczną, a więc jest tym podstawowym składnikiem,
który wpływa na obieg materii w przyrodzie.
Skąd więc mamy do czynienia z zakwaszeniem, skoro dwutlenek węgla naturalnie
jest w wodzie rozpuszczony? Otóż dlatego, że w ostatnich latach,
dziesięcioleciach, mamy do czynienia z regularnym
wzrostem stężenia dwutlenku węgla.
Zacznę tutaj od tego wzrostu stężenia dwutlenku węgla w atmosferze.
Widać to wyraźnie tutaj, na tym slajdzie - jest to najdłuższa seria pomiarowa.
Te pomiary zostały zapoczątkowane
w obserwatorium Mauna Loa na Hawajach, gdzie od końca lat
pięćdziesiątych mierzy się regularnie stężenie dwutlenku węgla w atmosferze.
To jest ta krzywa czerwona, czy te punkty czerwone na wykresie.
Później oczywiście w wielu różnych
miejscach na świecie takie badania również prowadzono
i prowadzi się nadal, natomiast widać tutaj wyraźnie,
że stężenie dwutlenku węgla w atmosferze regularnie rośnie.
Głównie za sprawą działalności człowieka tak naprawdę.
Z jednej strony mamy tutaj zmianę sposobu użytkowania
powierzchni ziemi, ale tak naprawdę na przestrzeni dziesięcioleci
czy wręcz wieków mamy do czynienia z odlesieniami,
mniej obszarów leśnych, więcej obszarów rolniczych,
które mają skolei mniejszą zdolność do pochłaniania dwutlenku węgla,
ale przede wszystkim, za ten wzrost odpowiada spalanie paliw kopalnych.
Paliwa kopalne to nic innego jak materia organiczna,
która kiedyś funkcjonowała w tym naturalnym obiegu materii właśnie,
czy węgla konkretnie w przyrodzie.
Natomiast gdzieś tam miliony lat temu została z tego obiegu
wyłączona i to co my ludzie robimy w tej chwili to spalamy
te paliwa kopalne emitując właśnie, czy zamieniając je
na dwutlenek węgla, które emitujemy do atmosfery.
Stąd mamy do czynienia ze wzrostem stężenia dwutlenku węgla w atmosferze.
No a dwutlenek węgla jak każdy inny gaz, w takim
układzie woda-powietrze, woda-atmosfera dąży do tego,
żeby stężenia w tych dwóch ośrodkach tego gazu były takie same.
A więc jeśli rośnie nam stężenie dwutlenku węgla
w atmosferze, to mamy też do czynienia ze wzrostem tego
średniego stężenia dwutlenku węgla w wodzie morskiej.
Widać to wyraźnie na tych punktach, które są zaznaczone
kolorem zielonym. Pod koniec lat osiemdziesiątych w pobliżu
tego samego obserwatorium na Hawajach zaczęto mierzyć
stężenie dwutlenku węgla w wodzie morskiej.
Widać wyraźnie, że te stężenia podążają bardzo dobrze za tym, co się dzieje w atmosferze, za tym wzrostem.
Może zmienność ich jest nieco większa, taka między-sezonowa.
Natomiast koniec końców,
ten trend jest również wzrostowy.
No a z racji tego, że dwutlenek węgla w wodzie morskiej jest kwasem,
tak jak wcześniej wspominałem,
no to mamy do czynienia z większą produkcją jonów wodorowych,
a tym samym ze spadkiem pH.
Ten spadek pH widać tutaj również zaznaczony na wykresie kolorem niebieskim.
Jak spojrzymy na skalę, która jest po prawej stronie,
to widać wyraźnie, mniej więcej jaka ta skala tego spadku pH jest.
Mamy do czynienia mniej więcej ze spadkiem pH,
czyli zakwaszeniem, które jest na poziomie około
jednej setnej do dwóch setnych jednostki pH na dziesięć lat, na dekadę,
czyli to około jednej tysięcznej, dwóch tysięcznych na rok.
Wydaje się to niewiele, natomiast należy tu pamiętać,
że pH jest wyrażane w skali logarytmicznej, a więc ten
rzeczywisty wzrost stężenia jonów wodorowych w wodzie
jest stosunkowo spory.
No ok, ale dlaczego w ogóle ten aspekt
jest dla nas interesujący i ważny? Otóż z paru różnych względów,
między innymi większość reakcji chemicznych,
które zachodzi w wodzie morskiej, tych naturalnych
związanych właśnie sobie materii, jest zależne od pH,
a więc zmieniające się pH będzie wpływało na zmianę tych reakcji.
Natomiast rzeczą, która tak naprawdę przykuła
uwagę naukowców i ludzi, którzy zajmują się tym tematem,
jest fakt taki, że wiele organizmów w środowisku morskim
jest organizmami kalcyfikującymi, a więc budują swoje
egzoszkieleciki, czy też pancerzyki z węglanu wapnia.
Tych organizmów jest całkiem sporo, w Bałtyku mamy ich stosunkowo niewiele.
Tak naprawdę małże tylko. Natomiast jeśli spojrzymy globalnie,
to ta sieć troficzne morska wygląda w ten sposób,
że zarówno takie drobne organizmy planktonowe, jak choćby
Kokolitofory (Coccolithophyceae), które potrafią tworzyć takie masowe zakwity
i poprzez organizmy zooplanktonowe, kończywszy na
dużych rafach koralowych, gdzie tak naprawdę struktura
tych ras jest zbudowana również z węglanu wapnia,
są zależne właśnie od od węglanu wapnia.
Węglan wapnia jest substancją,
która stosunkowo jest stosunkowo wrażliwa na zmiany pH.
Spadające pH obniża ilość węglanu w wodzie i tym samym
powoduje, że te organizmy kalcyfikujące, tworzące swoje egzoszkielety z węglanu wapnia,
mogą mieć problemy z wytwarzaniem tego węglanu wapnia,
czy też ten węglan wapnia może być mniej stabilny.
No i właśnie, tak naprawdę to jest tą główną przyczyną.
Już teraz mamy dowody na to, że te zmiany są obserwowalne w chwili obecnej.
W niektórych miejscach,
gdzie ten spadek pH h jest najbardziej wyraźny,
należy tutaj pamiętać również o tym, że spodziewamy się, że w najbliższych
dekadach stężenie dwutlenku węgla w atmosferze
będzie nadal rosło, ponieważ będą rosły antropogeniczne emisje,
w związku z tym będziemy mieli więcej dwutlenku węgla w atmosferze,
czyli więcej dwutlenku węgla również wodzie morskiej powierzchniowej,
no i tym samym również pH będzie niższe,
tym samym te organizmy będą, to zagrożenie dla nich będzie większe.
Jest to zakwaszanie wody morskiej,
czy też z angielskiego "Ocean Acidification" jest rozpoznane
jako jeden z mechanizmów, które są obecnie jednym z większych
zagrożeń dla środowiska morskiego.
To tyle jeśli chodzi o zakwaszanie wody morskiej i ten aspekt biogeochemii.
Dziękuję wszystkim za uwagę i zapraszam na kolejny odcinek #niepodręcznika oceanicznego.