Door klimaatverandering warmt de aarde snel op en verandert de ecosystemen op het land en op zee die ons voedsel produceren. In de oceanen, de meeste toegevoegde warmte van klimaatopwarming bevindt zich nog steeds aan de oppervlakte en het zal eeuwen duren om in diepere wateren te werken. Maar als dit gebeurt, het zal de oceaancirculatiepatronen veranderen en de oceaanvoedselketens minder productief maken.

In een recente studie, Ik werkte samen met collega's van vijf universiteiten en laboratoria om te onderzoeken hoe de klimaatopwarming tot het jaar 2300 de mariene ecosystemen en de wereldwijde visserij zou kunnen beïnvloeden. We wilden weten hoe aanhoudende opwarming de toevoer van belangrijke voedingsstoffen die het kleine plankton ondersteunen, zou veranderen. die op hun beurt weer voedsel zijn voor vissen.

We ontdekten dat opwarming op deze schaal belangrijke factoren zou veranderen die mariene ecosystemen aandrijven, inclusief wind, watertemperaturen, zee-ijsbedekking en oceaancirculatie. De resulterende verstoringen zouden voedingsstoffen van het oppervlaktewater naar de diepe oceaan overbrengen, waardoor er minder aan de oppervlakte overblijft om de groei van plankton te ondersteunen.

Naarmate mariene ecosystemen in de loop van de tijd steeds meer verhongeren, we schatten dat de wereldwijde visvangst tegen 2300 met 20 procent kan worden verminderd, en met bijna 60 procent over de Noord-Atlantische Oceaan. Dit zou een enorme vermindering zijn van een belangrijke voedselbron voor miljoenen mensen.

Oceaanvoedselproductie en de biologische pomp

De productie van mariene voedsel begint wanneer de zon op het oceaanoppervlak schijnt. eencellig, meestal microscopisch kleine organismen die fytoplankton worden genoemd - de planten van de oceanen - gebruiken zonlicht om te fotosynthetiseren en te groeien in een proces dat netto primaire productie wordt genoemd. Ze kunnen dit alleen doen in de zonovergoten oppervlaktelaag van de oceaan, tot ongeveer 100 meter (330 voet). Maar ze hebben ook voedingsstoffen nodig om te groeien, met name stikstof en fosfor, die in oppervlaktewateren schaars kunnen zijn.

Fytoplankton wordt geconsumeerd door zoöplankton (kleine dieren), die op hun beurt voedsel leveren aan kleine vissen, en zo verder in de voedselketen tot aan toproofdieren zoals dolfijnen en haaien. Niet-geconsumeerd fytoplankton en ander organisch materiaal, zoals dood zoöplankton en vissen, ontleden in oppervlaktewateren, het vrijgeven van voedingsstoffen die de groei van nieuw fytoplankton ondersteunen.

Een deel van dit materiaal zinkt naar de diepere oceaan, voedsel voor diepzee-ecosystemen. Koolstof, stikstof, fosfor en andere voedingsstoffen in dit zinkende organische materiaal worden uiteindelijk afgebroken en op diepte vrijgegeven.

Dit proces, die bekend staat als de biologische pomp, verwijdert voortdurend voedingsstoffen uit oppervlaktewater en brengt ze over naar de diepere oceaan. Onder normale omstandigheden, wind en stroming zorgen voor vermenging die uiteindelijk voedingsstoffen terugbrengt naar het zonovergoten oppervlaktewater. Als dit niet is gebeurd, het fytoplankton zou uiteindelijk volledig zonder voedingsstoffen komen te zitten, die de hele voedselketen in de oceaan zou beïnvloeden.

Zee ijs, wind en opwelling van voedingsstoffen

Nutriënten die naar de diepe oceaan zinken, keren uiteindelijk terug naar de oppervlakte, voornamelijk in de Zuidelijke Oceaan rond Antarctica. ten noorden van Antarctica, sterke westenwinden duwen het oppervlaktewater weg van Antarctica. Als dit gebeurt, diep oceaanwater dat rijk is aan voedingsstoffen, stijgt naar de oppervlakte rondom Antarctica, ter vervanging van de wateren die worden weggeduwd. De zone waar deze opwelling plaatsvindt, wordt de Antarctische divergentie genoemd.

Tegenwoordig is er niet veel fytoplanktongroei in de Zuidelijke Oceaan. Zware zee-ijsbedekking voorkomt dat veel zonlicht de oceanen bereikt. De concentraties ijzer (een andere belangrijke voedingsstof) in het water zijn laag, en koude watertemperaturen beperken de groeisnelheid van plankton. Als resultaat, de meeste stikstof en fosfor die in dit gebied opstijgen, stroomt noordwaarts in oppervlaktewateren. Eventueel, wanneer deze voedingsstoffen warmere wateren bereiken op de lagere breedtegraden, ze ondersteunen de groei van plankton in het grootste deel van de Stille Oceaan, Indische en Atlantische Oceaan.

Nutriënten opsluiten in de diepe oceaan

Onze studie toonde aan dat aanhoudende, meerjarige opwarming van de aarde zou dit proces kunnen kortsluiten, waardoor alle oceaangebieden ten noorden van deze Antarctische zone steeds meer honger kregen naar stikstof en fosfor.

We gebruikten een klimaatmodelsimulatie die ervan uitging dat landen fossiele brandstoffen bleven gebruiken totdat de wereldwijde reserves waren uitgeput. Dit klimaatpad zou de gemiddelde luchttemperatuur aan het oppervlak tegen 2300 met 9,6 graden Celsius (17,2 graden Fahrenheit) verhogen - bijna 10 keer de opwarming boven het pre-industriële niveau tot nu toe. Wetenschappers weten al dat de polen sneller opwarmen dan de rest van de planeet, en in dit scenario zet dat patroon zich voort. Uiteindelijk zouden de oceanen niet langer dichtvriezen bij de polen, zelfs in de winter.

Warmer oceaanwater zonder zee-ijs, geholpen door verschuivingen in wind die ook worden aangedreven door sterke klimaatopwarming, zou de groeiomstandigheden rond Antarctica voor fytoplankton aanzienlijk verbeteren. Deze verhoogde groei zou voedingsstoffen vasthouden die opwellen in de buurt van Antarctica, voorkomen dat ze naar het noorden stromen en wereldwijd ecosystemen op lage breedtegraden ondersteunen.

In onze simulatie deze gevangen voedingsstoffen mengen zich uiteindelijk terug naar de diepe oceaan en hopen zich daar op. Stikstof- en fosforconcentraties in de bovenste 1, 000 meter (3, 300 voet) van de oceaan gestaag afnemen. In de diepe oceaan, onder de 2, 000 meter, ze nemen gestaag toe.

Veel minder vis

Naarmate mariene ecosystemen steeds meer honger lijden, de groei van fytoplankton en de netto primaire productie in de meeste oceanen van de wereld zou afnemen. We schatten dat naarmate deze effecten zich in de voedselketen verspreiden, wereldwijde visvangsten kunnen tegen 2300 met 20 procent zijn verminderd, met dalingen van meer dan 50 procent in de Noord-Atlantische Oceaan en verschillende andere regio's. Bovendien, aan het einde van onze simulatie vond de netto-overdracht van voedingsstoffen naar de diepe oceaan nog steeds plaats, wat suggereert dat de productiviteit van het ecosysteem en de potentiële visserijvangst zelfs na 2300 nog verder zouden afnemen.

Eventueel, na meer dan duizend jaar, het grootste deel van de koolstofdioxide die menselijke activiteiten aan de atmosfeer hebben toegevoegd, zal worden geabsorbeerd door de oceanen, en het klimaat op aarde zal weer afkoelen. Zee-ijs keert terug naar de polaire oceanen, het onderdrukken van de groei van fytoplankton rond Antarctica en het mogelijk maken dat meer opwaartse voedingsstoffen weer naar het noorden stromen naar lagere breedtegraden. Maar zelfs dan, het zal nog eeuwen duren voordat de oceaancirculatie de voedingsstoffen in de bovenste oceaan volledig heeft aangevuld.

De hulpbronnen in de oceaan staan ​​vandaag al onder druk. Ongeveer 90 procent van de zeevisserij in de wereld wordt volledig bevist of overbevist. De wereldbevolking zal naar verwachting toenemen van 7,3 miljard in 2015 tot 11 miljard in 2100. De effecten die we in ons onderzoek aantroffen, zouden ernstige gevolgen hebben voor de wereldwijde voedselzekerheid. Uitbreiding van de aquacultuur, of zelfs meer drastische stappen zoals het rechtstreeks bemesten van de oceanen om de groei van plankton te stimuleren, zou niet eens in de buurt komen van het compenseren van het verlies van voedingsstoffen aan de diepe oceaan, veroorzaakt door aanhoudende opwarming van de aarde.

Onze simulatie was gebaseerd op een sterk klimaatopwarmingsscenario. Er is meer onderzoek nodig om te onderzoeken hoe warm het klimaat moet worden om zee-ijs te smelten en het vangen van nutriënten in de Zuidelijke Oceaan op gang te brengen. Maar dit is duidelijk een omslagpunt dat we niet willen overschrijden.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.