havforsuring

Det at havet er saltvann begrenser forsuringen. Dette skyldes at noen av saltene som gjør sjøvannet salt, hovedsakelig karbonat-ion (CO₃^2-), også gjør sjøvann til en effektiv bufferløsning.

Menneskeskapte utslipp av CO₂ gjør at det blir stadig mer CO₂ i havet, og dermed brukes mer karbonat-ioner for å bufre og stabilisere pH-nivået. Karbonat-ioner er en begrenset ressurs som kun fornyes via oppløsning av mineraler på havbunnen og/eller forvitring av stein på land, noe som skjer over svært lang tid, fra rundt 1000 til 100 000 år. Tilførsel av karbonat-ioner vil derfor ikke kunne begrense havforsuringen på kortere tidsskalaer. I en menneskelig tidsskala på noen hundre år er dermed en forskyvning av balansen mellom CO₂ og karbonat-ioner uunngåelig.

• Les mer om karbonkretsløpet

Direkte observasjoner viser at pH-endringen fra 1980 har vært cirka 0,02 pH-enheter per tiår. En kombinasjon av observasjoner og modeller har også beregnet pH-endringen siden den industrielle revolusjonen (omkring år 1800) til 0,1 pH-enheter, men usikkerheten er forholdsvis stor (0,01 pH-enheter).

Hovedårsaken til at havforsuring er et problem er at mange dyreplankton og planteplankton har eksoskjelett av kalsiumkarbonat (CaCO₃) og trenger derfor karbonat-ioner for å lage og vedlikeholde skjelettet. Når det blir mindre karbonat-ioner, oppstår det dermed en konkurranse mellom de kjemiske endringene, havets bufring av disse, og levende organismers krav til karbonat-ioner for å bygge skjell og skjelett av kalsiumkarbonat.

Plankton utgjør bunnen av næringskjeden i havet og er ofte mat for større dyr, som matfisk og hval. Forverring av leveforholdene for plankton kan derfor føre til så store endringer i havets næringskjeder at grunnlaget for menneskelig havbruk forsvinner.

Forskningen på de biologiske konsekvensene av havforsuring er fortsatt usikker, men konklusjonen av mange studier så langt er at effekten varierer fra art til art og fra sted til sted. Det fins nå store mengder data fra eksperimenter, men ingenting tyder på at vi kan generalisere hvor sensitive de kalsifiserende organismene er for havforsuring. Hvordan de reagerer på havforsuring er også til dels avhengig av hvor følsomme organismene er for andre endringer, som for eksempel redusert oksygenkonsentrasjon og høyere temperatur.

Korallrev er blant spørsmålene forskere har arbeidet mest med når det gjelder hvordan havforsuring påvirker livet i havet. Korallrev er viktige fordi de utgjør en veldig stor del av økosystemene som danner grunnlaget for menneskelig havbruk.

Korallrev er kontinuerlig utsatt for både kjemisk og fysisk erosjon (nedsliting), men i et sunt rev er produksjonen av kalsiumkarbonat i koralldyrenes eksoskjelett større enn erosjonen. Havforsuring gjør produksjonen vanskeligere fordi konsentrasjonen av CO₃^2- i sjøvannet minker. Dermed går det med mer energi til vedlikehold av korallrevet, og den energien må tas fra andre prosesser. Som alt annet levende har koralldyr bare en begrenset mengde energi, og energibudsjettet skal fordeles på veldig mange prosesser som alle er livsnødvendige. Det er vist eksperimentelt at når energikravet for kalsifisering øker, og de allerede er stresset på grunn av temperaturøkningen, er resultatet tynnere, sprøere og mindre robuste skjell og skjelett. Allerede ved en metningsgrad av CO₃^2- på 3, som er stor grad av overmetning, vil korallene ha vanskelig for å kalsifisere tilstrekkelig.

Det er fortsatt mye usikkerhet rundt konsekvensene av dette, men det er klart at det biologiske mangfoldet i korallrevøkosystemene blir mindre under havforsuring. Koralldyr lever også lange liv. Det tar dem mer enn 20 år å bli kjønnsmodne, og de har ikke evnen til å flytte på seg, så det er også lite sannsynlig at de tilpasser seg raskt nok de endringene som skjer nå.

Sjøvann har en pH på cirka 8,1. Havforsuring betyr ikke at havet blir surt (pH lavere enn 7), men at mengden hydrogen-ion (H⁺), og dermed surheten, øker. Siden pH-skalaen er logaritmisk, er endringen i H⁺ mye større enn endringen i pH. Det er likevel ikke endringene i pH i seg selv som er viktig, men at tilførselen av H⁺ påvirker den kjemiske balansen.

Karbondioksid oppløst i vann produserer karbonsyre (H₂CO₃). For løsninger med pH mellom cirka 6 og 9 vil karbon være mest stabilt som bikarbonat, som illustrert i et Bjerrum-plot (se figur). Karbonsyren vil derfor umiddelbart dissosieres til bikarbonat (HCO₃^-) og et ekstra H⁺.

CO₂ + H₂O ↔ H₂CO₃ ↔ HCO₃^- + H⁺

Siden HCO₃^- er den foretrukne formen vil ikke dette dissosiere videre til CO₃^2-, men CO₃^2- som allerede er løst i sjøvannet vil derimot ta til seg H⁺ for å produsere mer HCO₃^-.

CO₃^2- + H⁺ ↔ HCO₃^-

Nettoligningen for karbondioksid i sjøvann blir dermed:

CO₂ + H₂O + CO₃^2- ↔ 2 HCO₃^-

Denne nettoligningen fører ikke til noen økning i konsentrasjonen av H⁺ og dermed ingen endring i pH, men siden HCO₃^- også er en svak syre vil noen av disse dissosieres til CO₃^2- og H⁺. Denne siste reaksjonen gir altså en økning i konsentrasjonen av H⁺, som fører til en lavere pH og havforsuring.

Kunnskapen om de kjemiske reaksjonene som fører til havforsuring er solid og har få usikkerhetsmomenter. Forskningen på havforsuring foregår derfor hovedsakelig på to felt: effekter på organismer og økosystemer; og prosesser i kystsoner og kystmiljø.

Når det gjelder biologiske effekter, ligger utfordringene hovedsakelig i at det ikke blir gjort store eksperimenter på økosystem-nivå. De fleste eksperimentene foregår i såkalte mesokosmer, store lukkede poser fylt med vann og organismer fra nærområdet. Disse er avskilt fra det naturlige økosystemet og representerer derfor kun en liten del av det naturlige systemet. Det er også gjort få studier der flere miljøindikatorer, som for eksempel oksygen og temperatur, endres samtidig.

Sistnevnte er spesielt viktig for å forstå prosessene i kystsoner og kystmiljø hvor det er flere menneskeskapte endringer til samme tid, og ofte med forskjellige og motvirkende effekter. Kystsonene har også mye større naturlig variabilitet som gjør det utfordrende å identifisere langtidstrender.

• karbondioksid
• klimadebatten – faglige spørsmål

• Miljøstatus: Havforsuring i Norskehavet
• Global Ocean Acidification Observing Network

• Bates, Nicholas R. med flere (2014): A Time-Series View of Changing Ocean Chemistry Due to Ocean Uptake of Anthropogenic CO₂ and Ocean Acidification, Oceanography 27(1):126–14
• Gattuso, Jean-Pierre og Hansson, Lina (2011): Ocean acidification. New York: Oxford University Press.