Een internationaal team van onderzoekers heeft nieuwe alarmbellen laten rinkelen over de veranderende chemie van de westelijke regio van de Noordelijke IJszee nadat ze hadden ontdekt dat de zuurgraad drie tot vier keer sneller toenam dan het oceaanwater elders.

Het team, waaronder Wei-Jun Cai, expert op het gebied van mariene chemie van de Universiteit van Delaware, identificeerde ook een sterke correlatie tussen de versnelde snelheid van smeltend ijs in de regio en de snelheid van verzuring van de oceaan, een gevaarlijke combinatie die het voortbestaan ​​van planten, schaaldieren, koraalriffen en ander zeeleven en biologische processen in het hele ecosysteem van de planeet.

De nieuwe studie, gepubliceerd op donderdag 30 september in Science , is de eerste analyse van Arctische verzuring die gegevens bevat van meer dan twee decennia, verspreid over de periode van 1994 tot 2020.

Wetenschappers hebben voorspeld dat in 2050, zo niet eerder, het Arctische zee-ijs in deze regio de steeds warmer wordende zomerseizoenen niet langer zal overleven. Als gevolg van deze terugtrekking van het zee-ijs elke zomer, zal de chemie van de oceaan zuurder worden, zonder aanhoudende ijsbedekking om de opmars te vertragen of anderszins te verminderen.

Dat zorgt voor levensbedreigende problemen voor de enorm diverse populatie van zeedieren, planten en andere levende wezens die voor hun voortbestaan ​​afhankelijk zijn van een gezonde oceaan. Krabben leven bijvoorbeeld in een knapperige schaal die is opgebouwd uit het calciumcarbonaat dat in oceaanwater voorkomt. IJsberen zijn voor hun voedsel afhankelijk van gezonde vispopulaties, vissen en zeevogels zijn afhankelijk van plankton en planten, en zeevruchten vormen een belangrijk onderdeel van het dieet van veel mensen.

Dat maakt verzuring van deze verre wateren een groot probleem voor veel van de planeetbewoners.

Eerst een korte opfriscursus over pH-waarden, die aangeven hoe zuur of alkalisch een bepaalde vloeistof is. Elke vloeistof die water bevat, kan worden gekenmerkt door zijn pH-waarde, die varieert van 0 tot 14, waarbij zuiver water als neutraal wordt beschouwd met een pH van 7. Alle niveaus lager dan 7 zijn zuur, alle niveaus hoger dan 7 zijn basisch of alkalisch, met elke volledige stap vertegenwoordigt een tienvoudig verschil in de waterstofionenconcentratie. Voorbeelden aan de zure kant zijn batterijzuur, dat incheckt bij 0 pH, maagzuur (1), zwarte koffie (5) en melk (6.5). Kantelend richting basisch zijn bloed (7.4), baking soda (9.5), ammonia (11) en drainreiniger (14). Zeewater is normaal gesproken alkalisch, met een pH-waarde van ongeveer 8,1.

Cai, de Mary A.S. Lighthipe Professor in de School of Marine Science and Policy in UD's College of Earth, Ocean and Environment, heeft belangrijk onderzoek gepubliceerd over de veranderende chemie van de oceanen van de planeet en voltooide deze maand een cruise van Nova Scotia naar Florida, waar hij als hoofdwetenschapper diende onder 27 aan boord van het onderzoeksschip. Het werk omvat vier studiegebieden:de oostkust, de Golf van Mexico, de Pacifische kust en de Alaska/Arctische regio.

De nieuwe studie in Wetenschap inclusief UD-postdoctoraal onderzoeker Zhangxian Ouyang, die deelnam aan een recente reis om gegevens te verzamelen in de Chukchi-zee en het Canada-bekken in de Noordelijke IJszee.

De eerste auteur van de publicatie was Di Qi, die samenwerkt met Chinese onderzoeksinstituten in Xiamen en Qingdao. Aan deze publicatie werkten ook wetenschappers uit Seattle, Zweden, Rusland en zes andere Chinese onderzoekssites mee.

'Je kunt niet alleen gaan,' zei Cai. "Deze internationale samenwerking is erg belangrijk voor het verzamelen van langetermijngegevens over een groot gebied in de afgelegen oceaan. De afgelopen jaren hebben we ook samengewerkt met Japanse wetenschappers omdat de toegang tot het Arctische water de afgelopen drie jaar nog moeilijker was vanwege COVID- 19. En we hebben altijd Europese wetenschappers die deelnemen."

Cai zei dat hij en Qi allebei verbijsterd waren toen ze de Arctische gegevens voor het eerst samen bekeken tijdens een conferentie in Shanghai. De zuurgraad van het water nam drie tot vier keer sneller toe dan het oceaanwater elders.

Dat was inderdaad verbluffend. Maar waarom gebeurde het?

Cai identificeerde al snel een hoofdverdachte:het toegenomen smelten van zee-ijs tijdens het zomerseizoen van de Noordpool.

Historisch gezien is het zee-ijs van het Noordpoolgebied tijdens de zomerseizoenen gesmolten in ondiepe marginale gebieden. Dat begon in de jaren tachtig te veranderen, zei Cai, maar nam periodiek toe en af. In de afgelopen 15 jaar is het smelten van het ijs versneld en is het naar het diepe bassin in het noorden gegaan.

Een tijdje dachten wetenschappers dat het smeltende ijs een veelbelovende "koolstofput" zou kunnen vormen, waar koolstofdioxide uit de atmosfeer zou worden gezogen in de koude, koolstofhongerige wateren die onder het ijs verborgen waren. Dat koud water meer koolstofdioxide zou bevatten dan warmere wateren zouden kunnen en zouden kunnen helpen om de effecten van verhoogde koolstofdioxide elders in de atmosfeer te compenseren.

Toen Cai in 2008 voor het eerst de Noordelijke IJszee bestudeerde, zag hij dat het ijs was gesmolten buiten de Chukchi-zee in de noordwestelijke hoek van de regio, helemaal tot aan het Canada Basin - ver buiten zijn typische bereik. Hij en zijn medewerkers ontdekten dat het verse smeltwater zich niet vermengde met diepere wateren, waardoor de koolstofdioxide zou zijn verdund. In plaats daarvan nam het oppervlaktewater de koolstofdioxide op totdat het ongeveer hetzelfde niveau bereikte als in de atmosfeer en stopte het toen met het verzamelen ervan. Ze rapporteerden dit resultaat in een paper in Science in 2010.

Dat zou ook de pH-waarde van de Arctische wateren veranderen, wisten ze, het zou de alkalische niveaus van het zeewater verlagen en het vermogen om weerstand te bieden aan verzuring verminderen. Maar hoeveel? En hoe snel? Het kostte hen nog een decennium om voldoende gegevens te verzamelen om een ​​goede conclusie te trekken over de langetermijntrend van verzuring.

Bij het analyseren van gegevens die zijn verzameld van 1994 tot 2020 - de eerste keer dat zo'n langetermijnperspectief mogelijk was - vonden Cai, Qi en hun medewerkers een buitengewone toename van verzuring en een sterke correlatie met de toenemende snelheid van smeltend ijs.

Ze wijzen op het smelten van zee-ijs als het belangrijkste mechanisme om deze snelle pH-daling te verklaren, omdat het de fysica en chemie van het oppervlaktewater op drie belangrijke manieren verandert:

• Het water onder het zee-ijs, dat een tekort aan koolstofdioxide had, wordt nu blootgesteld aan het atmosferische koolstofdioxide en kan vrijelijk koolstofdioxide opnemen.
• Het met smeltwater vermengde zeewater is licht en kan niet gemakkelijk in diepere wateren worden gemengd, wat betekent dat de koolstofdioxide die uit de atmosfeer wordt gehaald, zich aan het oppervlak concentreert.
• Het smeltwater verdunt de carbonaationenconcentratie in het zeewater, waardoor het minder goed in staat is koolstofdioxide te neutraliseren tot bicarbonaat en de pH van de oceaan snel daalt.

Cai zei dat er meer onderzoek nodig is om het bovenstaande mechanisme verder te verfijnen en toekomstige veranderingen beter te voorspellen, maar de gegevens tot nu toe laten opnieuw de verstrekkende rimpeleffecten van klimaatverandering zien.

"Als al het meerjarige ijs wordt vervangen door eerstejaars ijs, zal er een lagere alkaliteit en een lagere buffercapaciteit zijn en gaat de verzuring door", zei hij. "In 2050 denken we dat al het ijs in de zomer verdwenen zal zijn. Sommige kranten voorspellen dat dat tegen 2030 zal gebeuren. En als we de huidige trend nog 20 jaar volgen, zal de verzuring in de zomer heel, heel sterk zijn."

Niemand weet precies wat dat zal doen met de wezens, planten en andere levende wezens die afhankelijk zijn van gezond oceaanwater.

"Hoe zal dit de biologie daar beïnvloeden?" vroeg Cai. "Daarom is dit belangrijk." + Verder verkennen

Internationaal team meldt dat verzuring van de oceaan zich snel verspreidt in de Noordelijke IJszee