Globální změna a oceány

HTML
DOWNLOAD

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Globální změna a oceány"

Jiří Procházka
před 8 lety
Počet zobrazení:

2 Globální změna a oceány Ondřej Prášil Mikrobiologický ústav AVČR, Třeboň

3 oceány fytoplankton biologie okyselování cyklus uhlíku

4 Oceány 70% rozlohy Země průměrná hloubka přes 3000m vznik a udržení života zdroj kyslíku udržení klimatu, vznik oblaků zdroj potravy

6 Fytoplankton: základní údaje Průměr: < 1 mm až > 100 mm Pokud naskládáte 1000 planktonních buněk o velikosti 1 um vedle sebe, budou jako tlouštka mince! (~18,000 buněk na šířku) Koncentrace: 10 3 až 10 6 / ml Pokud naplníte pivní láhev mořskou vodou v době, kdy dochází k vodnímu květu, může obsahovat i přes miliardu buněk! Celková biomasa: < 1% celkové rostlinné biomasy na Zemi ALE je zodpovědná za téměř polovinu čisté fotosyntézy celé biosféry!

7 Fytoplankton řasy a sinice

8 Vývoj a rozdělení fytoplanktonu

9 Primární fotosyntetická produkce naší planety Produktivita celé biosféry = Gt C rok -1 (roční emise lidstva 7.1 Gt C, za rok se uloží 1.8 Gt) Primární produkce (gc m -2 měsíc -1 ) Příbližně 50% produktivity na pevnině & 50% v oceánech Hydrothermální vývěry ~ 0.01 Gt C rok -1 (Giga = 10 9 )

10 Chemosyntéza hydrotermální vývěry na dně oceánů ~ 0.01 Gt C rok -1

11 Fytoplankton a koloběh uhlíku Primární produkce = fixace uhlíku Využití zachycené energie v různých trofických úrovních. Většina CO 2 je respirována a vrací se do atmosféry. Jen minimum se ukládá do sedimentů (mineralizace)

12 Atmosféra Oceány Globální cyklus uhlíku Rostliny Transport řekami Anorganický uhlík Mořské organismy Rozpuštěný organický uhlík Geologický Cyklus uhlíku Sedimenty

14 Atmosféra Gt Oceány Globální zásoby uhlíku Rostliny 800 Gt Transport řekami Odumřelá hmota 1200 Gt? -100?? Anorganický uhlík Gt Mořské organismy 1-2 Gt 1 Gt = g (miliarda tun) Rozpuštěný organický uhlík 1000 Gt Sedimenty > 10 mil Gt Geologický Cyklus uhlíku Uhlí 3510 Ropa Plyn 140 Ostatní (rašelina) 250

15 Atmosféra: 7.1 Gt vstup, 3.3 Gt zůstává Oceány 92 Gt dovnitř 90 Gt ven Lidstvo 6 Gt Fosilní paliva 2 Gt Odlesnění Toky uhlíku Rostliny 50.5 Gt vstup 50 Gt výstup Celkem 244 Gt Transport řekami Anorganický uhlík Mořské organismy Rozpuštěný organický uhlík Geologický Cyklus uhlíku Gt (miliardy tun) za rok Sedimenty 0.2 Gt

16 Zvyšování CO 2 v atmosféře

17 Zvyšování CO 2 v atmosféře Množství CO 2 v atmosféře nejvyšší za posledních 800 tis. let

18 Chemismus CO 2 ve vodě ve vzduchu dnes ~ 380 mmol CO 2 ve vodě chemické rovnováhy CO 2 a protonů určují ph vody CO 2 H 2 O + CO 2 H 2 CO 3 H + + HCO 3-2H + + CO 3 2- Dva důsledky zvýšení CO 2 v atmosféře pro oceány: 1. Zvýšení celkového množství uhlíku ve vodě (T CO2 ) 2. Okyselení mořské vody (snížení ph)

19 Chemismus CO 2 ve vodě ve vzduchu dnes ~ 380 mmol CO 2 ve vodě chemické rovnováhy CO 2 a protonů určují ph vody 1 CO 2 H 2 O + CO 2 H 2 CO 3 H + + HCO 3-2H + + CO 3 2- dohromady TIC (T CO2 ) celkový anorganický uhlík 1 ~ rok ph 8,1: 90% HCO 3-9% CO 3 2-1% CO 2

20 1. důsledek Zvýšení množství uhlíku ve vodě Oceány již pohltily přes 40% antropogenního CO 2!! Celkem od roku 1800 do atmosféry 244 PgC zůstává 165 PgC v oceánech 118 PgC souš -40 PgC (vše s chybou ±20 PgC) Bez oceánů by dnes již byla [CO 2 ] ~ 460 ppm S Khatiwala et al. Nature 462, (2009) doi: /nature08526

23 Antropogenní uhlík v oceánech oceány již absorbovaly Pg C mohou pohltit až 80% antropogenního C nyní cca 40% Pozor rovnováha po snížení emisí!

24 2. důsledek - Okyselování oceánů Změny v ph oceánů se zvyšujícím se CO 2 v 21.století pokles ph o 0,3 0,5 150% nárůst [H + ] a 50% pokles [CO 3 2- ]

25 Okyselování oceánů Minulost...

26 Okyselování oceánu je realita, bez ohledu na to, zda CO 2 způsobuje oteplování či nikoliv Měření na stanici ALOHA u Havaje S C Doney Science 2010;328:

27 Okyselování oceánů

28 Okyselování oceánu I kdyby se nárůst emisí CO2 podařilo zastavit v roce 2100, ph se bude snižovat dalších > 500 let

30 oceány fytoplankton biologie okyselování cyklus uhlíku Okyselování jako vážný ekologický problém první zpráva r.2005

31 Okyselování a tvorba uhličitanových schránek Vliv acidifikace na kalcifikaci - produkci CaCO 3 Tvorba či rozpouštění CaCO 3 je určeno parametrem nasycenosti Ω = [Ca 2+ ] [CO 3 2- ]/ K sp K sp ~ T, p, salinitě, a minerální formě CaCO 3 (aragonit je o 50% rozpustnější než kalcit) Pokud Ω > 1 dochází k tvorbě CaCO 3, pokud Ω < 1 dochází k rozpouštění CaCO 3 Hladina saturace se za 200 let posunula o m vzhůru Sezónně se korozivní voda (Ω < 1) již objevuje na pevninských šelfech

32 Okyselování a tvorba uhličitanových schránek Dvě krystalické formy CaCO 3 kalcit kalcit je méně rozpustný než aragonit Ploutovonožec aragonit korály benthické zelené a červené řasy (Halimeda), jejich produkce globálně srovnatelná s korály hlubokomořské korály ( m), pomalu rostoucí, ohrožená kalcifikace mušle, ježci, hvězdice, krabi

33 Okyselování oceánů kalcifikace složitý proces aktivní biomineralizace, je druhově závislý

35 Kalcifikace - velké regionální rozdíly Nejvíce jsou ohroženy polární oblasti v roce 2018 již 10% Arktického oceánu bude pod úrovní saturace v roce 2050 polovina a v roce 2100 pak celý Arktický oceán Lehčí schránky dírkonošců

36 Vliv acidifikace na produkci CaCO 3 u planktonních organismů řasy Prymnesiophyceae Coccolithophoridy Živočichové Foraminifera CaCO 3 kalcit Emiliania huxleyii

37 Vliv acidifikace na produkci CaCO 3 u planktonních organismů dnes pco 2 : ppmv za let pco 2 : ppmv

38 Vliv acidifikace na produkci CaCO3 u korálů ph 8,1 ph 7,5 Oculina patagonica

40 Vliv acidifikace na produkci CaCO 3 korály Rychlost kalcifikace korálů na Velkém bariérovém útesu poklesla v letech o 21% Mořské houby nahrazují korály na útesech u Floridy Fyzikální precipitace CaCO 3 cementů významně zpevňuje korálové útesy

43 Pokusy - vliv zvýšení CO 2 na mořské organismy krátkodobé X chronické studie adaptace není známa

44 Předpověď vlivu zvýšení CO 2 na mořské organismy

45 Vliv dlouhodobého zvýšení CO 2 na ekosystémy Přirozené vulkanické vývěry CO 2 na dně mělkého moře (Ischia, Itálie) Nature 2008

46 Vliv zvýšení CO 2 na ekosystémy změna druhového složení snížení biodiverzity zjevná koroze vápenatých schránek ph 8,2 ph 7,3 7,6

47 Lekce z historie Hlavní problém současného okyselení velká rychlost změn, asi 10x rychlejší než během poslední srovnatelné události před 55 mil. let (tehdy oteplení o 6 C během 10 tis. let) tehdy se uvolnilo > 2000 PgC, příčinou uvolnění hydrátů metanu ze dna, rozsáhlé vyhynutí druhů Oceán se dnes nestačí promíchat a uvolnit uhličitanové ionty z usazenin, které mohou neutralizovat okyselení Science 2005

48 1. Oceány absorbují okolo třetiny CO 2, které lidstvo vypouští do atmosféry 2. Zvýšená koncentrace CO 2 ve vodě způsobuje její okyselení 3. Kyselost se zvýšila již o 30%, během 30 let bude nejvyšší za posledních 20 mil. let, na konci století nižší o 0,3-0,5 ph. 4. Rychlost změny je nejvyšší za posledních 60 mil. let 5. Okyselování nejvíce postihne mořské organismy, které mají uhličitanovou schránku (snížení koncentrace CO 3 ). Tyto mají často velký ekonomický a kulturní význam (korálové útesy, ústřicové farmy..) 6. Dojde ke změně druhového složení 7. Řešení omezení emisí CO 2

49 Globální zvýšení teploty O Hoegh-Guldberg, J F Bruno Science 2010;328: Zvýšení 0,2 C za poslední dekádu, celkem již cca 0,6 C Původní průměrná teplota povrchu moře 14,6 C

50 Důsledky zvýšení teploty oceánů I Zvýšení hladiny nyní cca 3mm/rok: Teplené rozpínání Tání pevninských ledovců O Hoegh-Guldberg, J F Bruno Science 2010;328:

51 Důsledky zvýšení teploty oceánů II tání ledu v polárních oblastech

52 Důsledky zvýšení teploty III tání ledu pevninských ledovců (Grónsko)

53 Důsledky zvýšení teploty IV zvýšení mořské hladiny a zatopení pobřežních oblastí V roce 2100 zvýšení o 0,8-2 m 20 m 2 m

54 Důsledky změny teploty na druhové složení

55 Důsledky změny teploty na primární produktivitu Zvýšení teploty snížení turbulentního promíchávání vodního sloupce Změna dostupnosti živin Změna světelných podmínek today Year 2100 pco ~1000 µatm ph ~8.1 ~7.8 mixing irradiance

56 Zvýšení teploty zvýšení stratifikace Mělčí max. míchaná vrstva (m) současnost -1000

57 Změny v rozšíření rozsivek a diazotrofních sinic Pokles rozšíření rozsivek Nárůst fixace N 2

58 Změny primární produktivity Simulation NPZD-IPSL, gc m -2 an -1 Zonal Mean ( ) -30 % +30 % - 30 gc m -2 an -1 Globálně se sníží (-5/10%) ALE vzroste v mírných pásmech (+20/30%) Obdobné výsledky dávají různé modely

59 Lidstvo, globální změny a oceány S C Doney Science 2010;328:

60 Změny v cyklu dusíku Eutrofizace pobřežních vod S C Doney Science 2010;328:

61 Změny v cyklu kyslíku rovníkový Tichý oceán Rozpuštěný O 2 at 100 m (mmol/l) Objem anoxických/ suboxických zón vzroste o 50 % v 2100

62 Uvolnění hydrátů metanu ze dna oceánů

63 Uvolnění metanu ze dna oceánů důsledky.

64 Závěry V budoucím světě zvýšeného CO 2, oceány budou Kyselejší Více stratifikované Více oligotrofní, ale zvýší se v nich intenzit světla Méně prokysličené POZOR pouze modely, značná nejistota.. Fyzikální podmínky oceánů (Míchání? cirkulace okolo Antarktidy?) Změny v depozici aerosolů Vliv na strukturu ekosystémů

66 Děkuji za pozornost! Přeji úspěšnou plavbu rokem 2013

Podobné dokumenty

kyslík ve vodě CO 2 (vápenato-)uhličitanová rovnováha alkalita

kyslík ve vodě CO 2 (vápenato-)uhličitanová rovnováha alkalita kyslík ve vodě CO 2 ph (vápenato-)uhličitanová rovnováha alkalita elementární plyny s vodou nereagují, ale rozpouštějí se fyzikálně (N 2, O 2, ) plynné anorganické sloučeniny (CO 2, H 2 S, NH 3 ) s vodou