החמצת האוקינוסים והשפעתה על יצורים יוצרי שלד קרבונטי

מתוך אנציקלופדיה, המכון למדעי כדור הארץ, האוניברסיטה העברית

קפיצה אל: ניווט, חיפוש

עלייה בריכוז ה-CO2 האטמוספרי גורמת להחמצת האוקיינוסים, המשנה את ההרכב הכימי של המים. בפרט נתמקד בשינוי בריכוז יוני הפחמן השונים, הדרושים עבור אורגניזמים הרמטיפים (משקיעי שלד) להשקעת שלד. מאז המהפכה התעשייתית, ירד קצב השקעת השלד ברוב האורגניזמים, וצפוי להמשיך לרדת ככל שיעלו ריכוזי ה- CO2.

רקע: מאז המהפכה התעשייתית עולה ריכוז ה- CO2 באטמוספרה, מ-280ppm לפני המהפכה ל-390ppm כיום. לעליית ריכוז ה- CO2 באטמוספרה השפעה ישירה על ריכוזו באוקיינוסים: כ-25% מפליטות ה-CO2 האנתרופוגני, המהווים 2.2 PgC/yr נבלעים באוקיינוסים בריאקציה: CO2 (g)↔ CO2 (aq). העלייה בריכוז ה- CO2 באוקיינוסים גורמת לעליה ברמת החומציות בהם כתוצאה מהריאקציה: CO2+H2O↔H2CO3 , פחמן דו חמצני ומים יוצרים חומצה קרבונית (חלשה).

החומצה הקרבונית מתפרקת ליון הביקרבונט ופרוטון בריאקציה: H2CO3↔HCO3-+H+. בתנאים מסוימים תמשיך ההתפרקות של החומצה הקרבונית ותשחרר פרוטון נוסף בריאקציה הבאה: HCO3↔CO32-+H+, אולם בתנאי ה-pH של האוקיינוס (8.2 בעבר, כיום ירד ל-8.1), רוב הפחמן באוקיינוס מצוי בצורה של יון הביקרבונט, כלומר- לרוב מתרחשת הריאקציה לכיוון ההפוך: יצירת ביקרבונט מהפרוטון שהשתחרר מהחומצה הקרבונית ויון קרבונט. תהליך זה מצמצם את כמות יון הקרבונט הזמין לתהליכים ביולוגיים, ובפרט מצמצם את השקעת השלד הגירני.

השקעת השלד: תהליך השקעת השלד הגירני (קלציום קרבונטי) נקרא קלסיפיקציה (Calcification), ומתרחש ע"י אורגניזמים הרמטיפים (משקיעי שלד): בעיקר פלנקטון (קוקוליתופורים, פורמניפרה, פטרופודים וכד'), וכן ע"י אלמוגים, בהם נתמקד. התהליך מבוטא ע"י הריאקציה: 2HCO3-+Ca2+CaCO3+H2O+CO2. התהליך מצומד לפוטוסינתזה (המבוצעת ע"י אצות החיות בסימביוזה עם האלמוג , זואוקסנטלות), בה מסולק CO2, וסילוקו מגדיל את כמות התוצרים בריאקציה, כלומר מעודד השקעת קלציום קרבונט.

תפוצת שוניות האלמוגים הינה באזורים הטרופיים בעיקר, כיוון שתנאי הכרחי עבור השונית הוא טמפרטורת מים גבוהה יחסית. החשיבות האקולוגית של האלמוגים נובעת מהעובדה שהם בוני השונית העיקריים בזכות השלד הקרבונטי, ובתנאים מסויימים אף מתרבים ע"י רבייה אל-מינית וכך מכסים שטחים באוקיינוס באופן הומוגני. עם זאת יש לזכור שחלקם של האלמוגים מתוך סך השקעת השלד הקרבונטי אינו גדול ועומד על עד 20%. קצב הקלסיפיקציה תלוי ברמת הרוויה של קלציום קרבונט, המסומן Ω (אומגה): =[Ca2+][CO32-]/KspΩ. במצב רוויה: [Ca2+][CO32-]=Ksp, כלומר 1= Ω. במצב של על-רוויה, 1< Ω, חלה השקעת שלד, וזה התהליך שמתרחש בעיקר במים העליונים. במצב של תת-רוויה, 1> Ω, ישנה התמוססות של השלד ליונים מומסים במים. כיום האוקיינוסים נמצאים ברמת רוויה של קרבונט, אך ישנן תחזיות לפיהן המידה ולא יתחולל שינוי – תרד Ω מתחת ל-1 בעשורים הקרובים, ותחל המסה של השלדים הגירניים.

כאמור קצב הקלסיפיקציה באוקיינוסים יורד עם עליה בריכוזי ה- CO2 וירידה בpH- של המים באוקיינוסים, שגורם לירידה בריכוז יון הקרבונט: מחקרים הוכיחו כי הכפלת ריכוז ה- CO2 שהיה באטמוספרה לפני המהפכה התעשייתית (מ-280ppm ל-560ppm), תגרום לירידה של 10-50% בהשקעת שלד גירני. מדובר בתהליך הפיך – ירידה בחומציות האוקיינוס תגרום להגברת קצב הקלסיפיקציה, אולם אלייה וקוץ בה: לא סביר שתתרחש בקרוב ירידה בחומציות האוקיינוסים, וכן ישנה אי ודאות לגבי מידת האדפטציה של האורגניזמים לשינויים מהירים.

צמצום השקעת השלד הגירני יגרום ל-3 השלכות אפשריות: 1. ירידה (לינארית) בקצב הגידול וההתרחבות של האורגניזם. 2. הורדת צפיפות השלד תוך שמירה על הגודל, מה שפוגע בחוזקו. 3. השקעת משאבים רבים בהשקעת שלד, על חשבון תהליכים אחרים כגון התרבות. שלוש התופעות הללו יגרמו להידרדרות במצב האורגניזמים, וצפוי שכתוצאה מכך יובילו גם לירידה בצפיפותם ובשכיחותם בטבע. חשיבות רבה נודעת למאגר הפחמן באוקיינוסים, ובמידה ותתרחש ירידה בסדר גודל של 10-50% בהשקעת השלד – היא תהווה פגיעה באקוסיסטמה של שונית האלמוגים כולה. לפגיעה בשוניות האלמוגים ישנה השפעה כלכלית על מיליוני בני אדם המתפרנסים מהן (בעיקר בענפי התיירות והדייג), וכמו כן, השוניות משמשות להגנת החופים של איי האוקיינוס (לדוגמה הפיליפינים ואינדונזיה) באמצעות חסימת סערות חוף וגלי צונמי. תמונה:Example.jpg

נושא זה נחקר במכון למדעי כדור הארץ באוניברסיטה העברית בירושלים http://earth.huji.ac.il

כלים אישיים