Haven försuras rekordsnabbt

Ett pärlband av kallvattenskoraller sträcker sig längs havsbottnen från den nordnorska kusten ända ner till vattnen utanför Västafrika. Här finns några av de arter som först kommer att ta stryk av försurningen i haven.

– Läget kan bli kritiskt redan om 20 till 40 år, säger Ulf Riebesell, professor i biogeokemi vid Universität Kiel i Tyskland.

Han leder en forskargrupp som hämtade koraller i Oslofjorden med ubåten Jago för snart två år sedan. Nu växer korallerna i fyrtio akvarier travade på hyllor i ett speciellt odlingsrum på universitetet. Vattnet i hälften av akvarierna är försurat med koldioxid för att efterlikna vad som kommer att hända med havet om vi fortsätter att elda fossila bränslen som hittills. De ännu opublicerade resultaten är nedslående. I surt vatten får korallerna problem att bygga upp och bibehålla sina skelett av kalk.

Syra fräter på kalkskal

Koldioxid är en gas som blivit mest känd för att förstärka växthuseffekten så att det blir varmare på jorden. Men det finns ett problem till. Ungefär hälften av all koldioxid som människan släppt ut i atmosfären sedan början av den industriella revolutionen har försvunnit ner i haven. Det är visserligen bra för klimatet. Annars skulle temperaturen ha stigit ännu snabbare. Men när koldioxid löser sig i vatten bildas kolsyra, som sänker vattnets pH-värde – vilket i sin tur ändrar förutsättningarna för livet i havet.

Ett enkelt experiment illustrerar vad som i värsta fall står på spel: lägg en bit gammaldags tavelkrita i ett glas ättika och vänta. Efter några timmar är kritan borta, upplöst i den sura vätskan. Kritan består till största delen av marina fossil, av plankton med kalkskal – en typ av organismer som än i dag spelar en viktig roll i havens näringsvävar. Skalen innehåller kalciumkarbonat som löser sig i surt vatten. Ett alltför surt hav skulle alltså fräta sönder det kalciumkarbonat som ingår i till exempel koraller, kalkalger, musslor, sniglar och sjöborrar.

Lyckligtvis är havet mindre surt än ättika. Havsvatten är i själva verket något basiskt. Historiskt har pH-värdet legat omkring 8,2. (7,0 är neutralt, ett lägre värde är surt.) Under de senaste seklerna har människans utsläpp av koldioxid sänkt värdet vid ytan med drygt 0,1 enheter. Innan det här seklet är slut kan värdet har fallit med ytterligare 0,3 enheter. Det visar beräkningar som bygger på prognoser för framtida utsläpp sammanställda av FN:s klimatpanel.

– Om inget radikalt händer med utsläppen, kan vi med mycket stor säkerhet säga hur försurningen kommer att utvecklas, säger Leif Anderson, professor i marin kemi vid Göteborgs universitet.

Vingsnäckor gick i upplösning

Klimatforskare har länge känt till att havsvatten tar upp koldioxid. Men det dröjde innan marinbiologerna på allvar började utforska vad det kan leda till. Victoria Fabry, biologiprofessor vid California State University San Marcos, fick redan 1985 en föraning ombord på ett forskningsfartyg söder om Alaska. Hennes doktorandprojekt gick ut på att kartlägga skalbildningen hos vingsnäckor, blötdjur som paddlar runt i fria vattenmassor med vinglika utskott. I sin iver att samla prover packade hon för många snäckor i samma plastburk. Nästa dag upptäckte hon att de centimeterlånga snäckorna av arten Clio pyramidata såg konstiga ut.

– Med blotta ögat kunde jag se att deras skal höll på att frätas sönder, säger Victoria Fabry.

Precis som alla andra djur som förbrukar syre utsöndrar snäckorna koldioxid. I öppet hav spelar det ingen roll. Men i plastburken blev vattnet surt av kolsyra.

Det lilla missödet var i själva verket ett genombrott, en tydlig signal om att organismer med skal av kalk är känsliga för höga halter av koldioxid. Men ingen tog notis om saken. På den tiden var det nämligen en avlägsen tanke att koldioxid skulle kunna rubba havets kemi. Havet ansågs alltför stabilt.

Världshaven täcker 71 procent av planetens yta. Djupet är i genomsnitt nästan 4 kilometer. Blotta storleken gör att det krävs mycket för att bringa systemet ur balans. Dessutom är oceanerna en kemisk buffert, vilket betyder att man måste hälla i en rejäl dos av en syra eller bas för att ändra pH-värdet i en hink havsvatten. Kalk från döda organismer på havsbottnarna ger ytterligare tröghet. Kalket kan neutralisera enorma mängder syra. Men det tar tid.

– Även om vi slutar släppa ut koldioxid i dag så dröjer det flera tusen år innan pH är tillbaka på förindustriell nivå, säger Leif Anderson, som forskar i flödet av kol mellan atmosfär och hav.

Värsta syraattacken

Slutsatsen blir att vi står inför en snabb försurning av ytliga vattenmassor, den del av havet som innehåller mest liv.

– Marina organismer kommer att uppleva en snabbare och större försurning än någon gång tidigare under de senaste 20 miljoner åren, säger Carol Turley, biogeokemist vid Plymouth Marine Laboratory i Storbritannien.

Hon är en av författarna till en rapport om havens försurning som den brittiska vetenskapsakademin Royal Society publicerade år 2005. Rapporten har bidragit till ett snabbt ökande intresse för hur koldioxidutsläppen påverkar haven. Det råder inget tvivel om att pH kommer att sjunka. De biologiska följderna är mer osäkra: kommer havets levande organismer att kunna anpassa sig?

– Det beror på tidsskalan, säger Victoria Fabry, som har studerat många kalkbildande organismer i surt vatten.

Eftersom koldioxid löser sig bättre i kallt vatten än i varmt går försurningen snabbast i haven nära polerna. Victoria Fabry räknar med att vattnen där blir frätande för vingsnäckor om femtio till hundra år, om halten av koldioxid i atmosfären fortsätter att öka enligt klimatmodellernas prognoser.

En typisk vingsnäcka i polarhaven fortplantar sig efter drygt ett år.

– Det betyder att vingsnäckorna har få möjligheter att anpassa sig till frätande vatten, säger Victoria Fabry.

En annan viktig grupp av kalkbildande plankton – de sköldprydda coccolitoforiderna – förökar sig så gott som dagligen. De har alltså fler möjligheter att anpassa sig. Laboratorieförsök har visat att somliga arter slutar att tillverka sköldar om vattnet blir för surt – och klarar sig utmärkt ändå. Men laboratorieförsöken har sina begränsningar. I havet kanske algerna behöver sina sköldar för att slippa bli uppätna.

Larver är som regel känsligare för lågt pH än fullvuxna djur. Det visar ny svensk forskning vid Kristinebergs marina forskningsstation och Tjärnö marinbiologiska laboratorium. Hittills har forskarna där undersökt fyra arter – två ormstjärnor och två sjöpungar – under hela deras livscykler i akvarier med surt vatten. De blev förvånade över resultaten, som fortfarande är preliminära.

Arter riskerar att dö ut

– Den väntade försurningen under det kommande femtio åren kommer nästan säkert att utplåna minst en svensk art, säger Michael Thorndyke, professor i experimentell marinbiologi vid Kristineberg.

Larver från ormstjärnan Amphiura filiformis lyckades inte bilda normala kalkskelett när pH sjönk med bara 0,2 enheter. Arten är talrik i Gullmarsfjorden, där ormstjärnan är mat för både fiskar och kräftdjur.

Biologerna oroar sig också för vad som kommer att hända med tropiska koraller. De ytliga reven täcker bara en tusendel av havens bottnar, men rymmer uppskattningsvis en tredjedel av alla kända marina livsformer, inklusive 4 000 fiskarter. Under de senaste decennierna har en femtedel av korallerna dukat under på grund av bland annat utsläpp, fiske med dynamit och stigande temperaturer som leder till att koralldjur dör.

Länge trodde forskarna att koraller är relativt stryktåliga mot försurning. En serie experiment i ett konstgjort hav i den amerikanska Arizonaöknen under slutet av 1990-talet förändrade bilden.

Det konstgjorda havet var en del av Biosphere 2, ett inglasat ekosystem på drygt en hektar mark med både regnskog och korallrev. Pengar till projektet kom från en oljemiljardär som ville visa hur livet på jorden skulle kunna återskapas på Mars och andra planeter. Försöket floppade. De åtta invånarna drabbades bland annat av höjdsjuka på grund av syrebrist i atmosfären.

Oljemiljardärens motgångar blev en möjlighet för Christopher Langdon, professor i biologisk oceanografi vid University of Miami. Han fick tillgång till det konstgjorda havet, stort som en olympisk simbassäng och fullt av koraller.

I bassängen var vattnet – precis som i havet – övermättat av de kemiska byggstenar som marina organismer använder för att bilda hårt kalciumkarbonat. Ämnet förekommer i två olika former: kalcit och aragonit. Korallernas skelett består av aragonit, som är den mest lättlösliga formen.

Kollegerna tvivlade

När Christopher Langdon sänkte pH i vattnet upptäckte han att korallerna förlorade en del av sin förmåga att bilda hårda skelett – trots att vattnet fortfarande var rejält övermättat vad gällde aragonit. Det gick på tvärs mot den då rådande uppfattningen att koralldjuren utan problem skulle kunna bilda aragonit så länge vattnet var mättat av de kemiska byggstenar som ingår i mineralet.

– Det var många som tvivlade på resultaten. Delvis kan det ha berott på att Biosphere 2 tidigare hade varit förknippat med misslyckad forskning, säger Christopher Langdon.

Sedan dess har både han själv och andra upprepat experimenten och fått samma resultat. Ju surare vatten, desto sämre tillväxt. Den kritiska frågan är då hur länge det dröjer innan försurningen i haven har gått så långt att korallerna inte längre kan växa. Laboratorieförsök med enstaka tropiska koraller tyder på att det kan dröja över hundra år. Men ett korallrev i havet bryts ner av stormar, betande papegojfiskar och annat. Därför måste korallerna hela tiden växa för att inte krympa.

– Om man tar med nedbrytningen i beräkningen tror jag att det snarare handlar om femtio till hundra år, säger Christopher Langdon.

För kallvattenskorallerna är läget ännu värre. De lever i mörker i temperaturer under 12 grader. Forskarna tror att de täcker minst lika mycket av bottnarna som tropiska korallrev. De djupaste kallvattensreven breder ut sig mer än en kilometer under ytan. Några av de ytligaste reven finns utanför Norge på bara 30 meters djup. Där är de extra utsatta för koldioxiden som löser sig i det kalla ytvattnet.

– Men i Nordatlanten sjunker ytvatten mot djupet. På så vis kan försurningen även drabba koraller längre ner, säger Ulf Riebesell.

I kallvattensreven lever sjöstjärnor, sjöborrar, långbenta krabbor och många andra djur. Bottentrålare har redan raserat några av reven. Ulf Riebesell är orolig för att försurningen ska knäcka dem helt. Skadorna sker i det fördolda. Forskarna har fortfarande inte kartlagt hur de svårtillgängliga ekosystemen fungerar.

Norrmän forskar i plastsäckar

Desto mer påtaglig kan försurningen bli för Östersjöns årliga algblomningar. I havet finns vissa cyanobakterier som kan ta upp kväve direkt från luften. Laboratorieförsök har visat att en tropisk variant av den sortens cyanobakterier växer betydligt snabbare i vatten försurat med koldioxid. På motsvarande sätt skulle alltså högre halter av koldioxid i luften kunna sätta fart på algblomningar i Östersjön.

Ulf Riebesell och hans medarbetare gjorde ett försök att utreda saken i somras. De fyllde gigantiska säckar av genomskinlig plast med upp till 65 kubikmeter havsvatten i södra Östersjön. De försurade vattnet i säckarna med koldioxid och lät dem flyta i havet. Syftet var att se om cyanobakterier i den sura miljön skulle blomma mer än i det fria havet.

– Tyvärr var det så mulet och blåsigt att det inte blev någon algblomning alls, säger Ulf Riebesell.

Han planerar att göra om försöket nästa sommar. Men experiment med försurat havsvatten i plastsäckar har redan gett intressanta resultat på andra håll.

I Raunefjord två mil söder om Bergen i Norge ligger Marinbiologisk stasjon på Espegrend, som tillhör Universitetet i Bergen. Ute i fjorden flyter delvis vattenfyllda plastsäckar förtöjda vid en flytbrygga.

Ulf Riebesell har tillsammans med norska forskare försurat vattnet i några av säckarna med koldioxid. Ekosystemet i det sura vattnet visade sig tillverka mer av gasen dimetylsulfid, vilket är högintressant för klimatforskare. Gasen omvandlas i atmosfären till svavelhaltiga föreningar som gör att vattenånga kondenserar till små droppar. Därmed bildas moln. Och molnen reflekterar bort solljus så att temperaturen sjunker. En strimma av hopp för klimatet alltså. Men knappast någon avgörande effekt.

– Det betyder definitivt inte att vi kan sluta oroa oss för den globala uppvärmningen, säger Ulf Riebesell.

Hans poäng är snarare att vi måste förstå hur livet i havet reagerar på försurningen för att göra prognoser för framtidens klimat. Stigande temperaturer och sjunkande pH i haven är i själva verket två sidor av samma mynt. Och båda problemen har en och samma lösning: minskade utsläpp av koldioxid i jordens atmosfär.