De stijgende zuurgraad van de oceanen bedreigt koraalriffen door het moeilijker te maken voor koralen om hun skeletten te bouwen. Een nieuwe studie identificeert de details van hoe oceaanverzuring koraalskeletten beïnvloedt, waardoor wetenschappers nauwkeuriger kunnen voorspellen waar koralen kwetsbaarder zullen zijn.

Koralen laten hun skeletten omhoog groeien in de richting van zonlicht en verdikken ze ook om ze te versterken.

Het nieuwe onderzoek, geleid door wetenschappers van Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), laat zien dat verzuring van de oceaan vooral het verdikkingsproces belemmert - waardoor de dichtheid van de skeletten afneemt en ze kwetsbaarder worden voor breuk. Het onderzoek is vandaag gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

"Ons onderzoek omvat de nuances van koraalskeletgroei, nauwkeurigere projecties mogelijk maken van hoe, waar, en met hoeveel, oceaanverzuring zal tropische rifbouwende koralen aantasten, " zei Nathaniel Mollica, die hoofdauteur is van de studie en een afgestudeerde student in het MIT-WHOI Joint Program in Oceanography. Het onderzoeksteam omvatte ook Weifu Guo, Anne Cohen, en Andrew Solow (WHOI), Kuo-Fang Huang (Academia Sinica in Taiwan), en Hannah Donald en Gavin Foster (Universiteit van Southampton in Engeland).

Het onderzoeksteam ontwikkelde een numeriek model dat dit gedetailleerde skeletgroeimechanisme simuleert en koppelde het aan verwachte veranderingen in de pH van de oceaan (een maatstaf voor de zuurgraad) veroorzaakt door wereldwijde klimaatverandering. De resultaten toonden aan dat op veel koraalriffen een afname van de skeletdichtheid van koraal zal optreden. De impact zal vooral sterk zijn in de Indo-Pacifische regio, met tot 20 procent vermindering van de dichtheden van koraalskeletten tegen 2100 in delen van de Koraaldriehoek - het gebied dat wordt begrensd door de wateren van Indonesië, Maleisië, de Filipijnen, Papoea-Nieuw-Guinea, Oost-Timor, en de Salomonseilanden. Koralen in het Caribisch gebied, Hawaï en de noordelijke Rode Zee zouden het beter kunnen doen, de auteurs zeggen, met dalingen van minder dan 10 procent veroorzaakt door alleen de verzuring van de oceaan.

"Deze zeer belangrijke studie bepaalde de specifieke manier waarop een koraalsoort wordt beïnvloed door oceaanverzuring en modelleerde het effect van toekomstige milieuomstandigheden, " zei David Garrison, directeur van het Biological Oceanography-programma van de National Science Foundation, die een groot deel van het onderzoek financierde, samen met The Robertson Foundation en Woods Hole Oceanographic Institution.

Koraalskeletten zijn gemaakt van aragoniet, een vorm van calciumcarbonaat. Koralen laten hun skelet omhoog groeien door bundels aragonietkristallen op elkaar te stapelen, de een boven de ander. Tegelijkertijd, ze verdikken die bundels met extra kristallen, die de skeletten versterkt en hen helpt breuken door stroming te weerstaan, golven, stormen, en saai en bijtend door wormen, weekdieren, en papegaaivissen.

"Koraalriffen behoren tot de meest diverse ecosystemen op aarde, met enorme culturele, ecologisch, en economische waarde, zei Anne Cohen, een wetenschapper bij WHOI en co-auteur van de studie. Riffen hebben te maken met meerdere spanningen, inclusief stijgende zeespiegel, veranderende voedingsregimes, en warmere oceaantemperaturen, ze zei, maar in tegenstelling tot de opwarming van de oceaan, die zichtbare verbleking veroorzaakt, de impact van oceaanverzuring is verraderlijker en moeilijker te detecteren, en dus moeilijker te voorspellen.

De verzuring van de oceaan wordt veroorzaakt door een stijgend gehalte aan koolstofdioxide in de atmosfeer, voornamelijk door verbranding van fossiele brandstoffen. De kooldioxide (CO2) wordt opgenomen door zeewater, het in gang zetten van chemische reacties die bicarbonaat (HCO3-) en carbonaat (CO32-) ionen produceren. Koraalpoliepen - de kleine levende, zachtaardige koraaldieren - brengen zeewater aan dat HCO3-, CO32- en calciumionen (Ca2+) in een "verkalkende ruimte" tussen zijn cellen en het oppervlak van het bestaande skelet. Ze pompen waterstofionen (H+) uit deze ruimte om meer carbonaationen (CO32-) ionen te produceren, waardoor het makkelijker wordt om calciumcarbonaat (CaCO3) te maken voor hun skeletten. Maar als de oceanen overtollig CO2 opnemen, zoals nu gebeurt, er zijn meer HCO3- ionen maar minder CO32- ionen in zeewater, waardoor het moeilijker wordt voor koralen om skeletten aan te groeien.

Laboratoriumexperimenten en veldstudies, echter, dubbelzinnig zijn geweest, in sommige gevallen duidelijke negatieve effecten van oceaanverzuring op de skeletgroei vertonen, maar niet bij anderen. Het nieuwe onderzoek suggereert dat deze inconsistentie gedeeltelijk de nieuw gevonden complexiteit van koraalskeletgroei weerspiegelt.

Om deze theorie te testen, de wetenschappers namen kernen van skeletten van een veelvoorkomend type rifbouwende koralen genaamd Porites op vier locaties:Palau, Dongsha-atol in de Zuid-Chinese Zee, Groen eiland voor Taiwan, en Saboga in Panama, waar de zeewatercondities een breed scala aan pH-waarden en carbonaationconcentraties overspannen. Ze gebruikten een 3D Computerized Tomography (CT) scanner om de skeletkernen in beeld te brengen, die jaarlijkse groeibanden onthullen, net als ringen aan een boom. Van de scans, ze waren in staat om de opwaartse en verdikkende componenten van de koraalgroei te onderscheiden en afzonderlijk te kwantificeren. Hun analyse onthulde een consistente correlatie:de skeletten van koralen in meer zure (lagere pH en minder carbonaationen) wateren waren aanzienlijk dunner. Echter, ze vonden geen verband tussen opwaartse groei en carbonaationconcentratie.

Om deze processen beter te begrijpen, de onderzoekers onderzochten het proces van koraalgroei en toonden aan dat naarmate de pH- en carbonaationen in het zeewater in de omgeving afnemen, dat geldt ook voor concentraties van carbonaationen in de verkalkende ruimte van de koralen. Bijgevolg, de koralen kunnen niet zoveel aragoniet produceren om het skelet te verdikken. De koralen blijven investeren in opwaartse groei, maar "verdichting" of verdikking lijdt. Als resultaat, koralen in water met een lagere pH bouwen dunnere skeletten die vatbaarder zijn voor schade door beukende golven of aanvallen door eroderende organismen.

Het onderzoeksteam analyseerde verder gepubliceerde gegevens over meer dan 100 Porites-koraalskeletkernen die door andere wetenschappers zijn genomen op veel locaties waar de chemie van het omringende zeewater ook bekend is. De analyses valideerden het door het team voorgestelde mechanisme van hoe zeewaterchemie de dichtheid van koraalskeletten beïnvloedt.

De onderzoekers merken op dat de verzuring van de oceaan niet op zichzelf staat en dat andere veranderingen, zoals de opwarming van de oceaan, ook de koraalgroei zullen beïnvloeden.

"Onze volgende stap is om ons model uit te breiden om de effecten van meerdere stressoren op de skeletgroei van koralen op te nemen, " zei Weifu Guo, een geochemicus bij de WHOI en de hoofdonderzoeker van het onderzoek. "Als we de details kennen van hoe de verschillende facetten van oceaanverandering koralen zullen beïnvloeden, kunnen we het traject van rifbouwende koralen onder de klimaatverandering van de 21e eeuw kwantitatief projecteren."