ปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ระดับเข้มข้นในชั้นบรรยากาศและภาวะทะเลกรด

OCEAN ACIDIFICATION

ตั้งแต่บทความชิ้นแรกของฮอลล์-สเปนเซอร์ที่เกี่ยวกับระบบปล่องระบายความร้อนปรากฏในปี 2008 ความสนใจเกี่ยวกับทะเลกรดและผลของมันก็พุ่งกระฉูด โครงการวิจัยนานาชาติอย่าง BIOACID (Biological Impacts of Ocean Acidification หรือโครงการศึกษาผลกระทบทางชีววิทยาจาก ทะเลกรด) และ EPOCA (European Project on Ocean Acidification หรือโครงการทะเลกรดแห่งยุโรป) ได้รับทุนสนับสนุนและดําเนินการทดลองนับร้อยหรือกระทั่งนับพันการทดลองเหล่านี้ทําขึ้นบนเรือในห้องปฏิบัติการ และในเขตปิดล้อมที่เรียกว่าระบบเลียนแบบนิเวศวิทยา (mesocosm) ซึ่งสามารถกําหนดและปรับสภาวะต่างๆบนพื้นที่ส่วนหนึ่งในผืนมหาสมุทรครั้งแล้วครั้งเล่า

การทดลองเหล่านี้ยืนยันผลอันตรายซึ่งเกิดจากคาร์บอนไดออกไซด์ที่เพิ่มสูงขึ้น ขณะที่หลายสายพันธุ์อยู่รอดหรือกระทั่งเจริญเติบโตได้ในมหาสมุทรที่เป็นกรด แต่สายพันธุ์อื่นอีกจํานวนมากนั้นไม่สามารถอยู่รอดได้ มันพิสูจน์ให้เห็นแล้วว่าสิ่งมีชีวิตบางประเภทกำลังตกอยู่ในอันตรายร้ายแรง เช่นปลาการ์ตูนและหอยนางรมแปซิฟิกที่คุ้นหน้ากันดีในพิพิธภัณฑ์สัตว์น้ำและบนโต๊ะอาหารค่ำ สัตว์ชนิดอื่นๆที่มีเสน่ห์ (หรือรสชาติดี) น้อยกว่าแต่อาจจําเป็นต่อระบบนิเวศในทะเล ยกตัวอย่างเช่น Emiliania huxleyi เป็นแพลงก์ตอนพืชเซลล์เดียวหรือค็อกโคลิโธฟอร์ (Coccolithophore) ซึ่งหุ้มตัวเองด้วยแผ่นหินปูน เมื่อมองผ่านแว่นขยาย จนดูคล้ายงานฝีมือแปลกประหลาด ดูเหมือนลูกฟุตบอลหุ้มด้วยกระดุมคมมนได้ทั่วไป ในช่วงเวลาหนึ่งๆของปีมันสามารถเปลี่ยนหลายส่วนของท้องทะเลให้เป็นสีขาวข้นและเป็นฐานของห่วงโซ่อาหารในทะเลได้หลายห่วงโซ่ Limacina helicina เป็นสายพันธุ์หนึ่งของเทอโรพอด (oteropod) หรือ “ผีเสื้อทะเล” ที่ดูเหมือนหอยโข่งติดปีก มันอาศัยอยู่ในเขตอาร์กติกและเป็นแหล่งอาหารที่สําคัญของสัตว์ที่มีขนาดใหญ่กว่าหลายชนิด รวมถึงปลาแฮร์ริง แซลมอน และวาฬ ทั้งสองสายพันธุ์นี้ดูเหมือนจะไวต่อการเป็นกรดของน้ำทะเลเป็นพิเศษ ในการทดลองเลียนแบบระบบนิเวศครั้งหนึ่ง Emiliania huxleyi หายไปที่เดียวพร้อมกันจากเขตปิดล้อมที่มีระดับคาร์บอนไดออกไซด์สูงขึ้น

UIf Riebesell นักชีวสมุทรศาสตร์แห่งศูนย์วิจัยธรณีศาสตร์ทางทะเลเฮล์มโฮลท์ซ (Helmholtz Centre for Ocean Research – GEOMAR) ในเมืองคีล ประเทศเยอรมนี ผู้ดูแลผลงานค้นคว้าวิจัยขนาดใหญ่เกี่ยวกับทะเลกรดหลายชิ้น ทั้งนอกชายฝั่งนอร์เวย์ ฟินแลนด์ และสฟาลบาร์ รีเบเซลล์พบว่ากลุ่มที่มีแนวโน้มว่าจะดำรงอยู่ในน้ำที่เป็นกรดได้ดีที่สุดคือแพลงก์ตอนซึ่งมีขนาดเล็กมากน้อยกว่าสองไมครอน พวกมันสร้างสายใยอาหารขนาดจิ๋วของตน เมื่อพวกมันเพิ่มจํานวนขึ้น สิ่งมีชีวิตที่เรียกว่าพิโคแพลงก์ตอน (picoplankton) เหล่านี้จะต้องการสารอาหารมากขึ้น และสิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่กว่าต้องรับกรรม

“หากคุณถามผมว่าจะเกิดอะไรขึ้นในอนาคต ผมคิดว่าหลักฐานที่หนักแน่นที่สุดที่เรามีคือความหลากหลายทางชีวภาพจะลดลง” รีเบเซลล์ บอก “สิ่งมีชีวิตที่อดทนสูงจะเพิ่มจํานวนมากขึ้น แต่ความหลากหลายโดยรวมจะสูญไป นั่นเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นทุกครั้งที่มีการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่”

บางครั้งคนเรียกภาวะทะเลกลายเป็นกรดกับอุณหภูมิที่สูงขึ้นทั่วโลกว่าเป็น “แฝดนรกเท่าเทียมกัน” เท่าที่ผ่านมา คําเย้ยหยันนี้ไตร่ตรองมาอย่างดีและเป็นธรรมทีเดียว ทว่าอาจจะยังไม่เป็นธรรมมากพอ ไม่มีกลไกใดเพียงหนึ่งเดียวที่อธิบายการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ในประวัติศาสตร์ได้ทั้งหมด แต่การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางเคมีของมหาสมุทรดูเหมือนจะเป็นตัวบ่งชี้ที่ดี ทะเลกรดมีบทบาทอย่างน้อยสองครั้ง (ตอนสิ้นยุคเพอร์เมียนและสิ้นยุคไทรแอสซิก) ในการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ห้าครั้ง และ อาจจะเป็นปัจจัยสําคัญในการสูญพันธุ์ครั้งที่สาม (สิ้นยุคครีเทเชียส) มีหลักฐานหนักแน่นสนับสนุนการเกิดทะเลกรดระหว่างเหตุการณ์การสูญพันธุ์ที่เรียกว่าการเปลี่ยนผ่านสมัยทอร์เชียน (Toarcian Turnover) ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อ 183 ล้านปีที่แล้วช่วงต้นยุคจูแรสซิก และมีหลักฐานคล้ายคลึงกันในช่วงสิ้นยุคพาลีโอซีนเมื่อ 55 ล้านปีที่แล้ว ซึ่งสิ่งมีชีวิตในทะเลหลายชนิดประสบวิกฤตครั้งใหญ่

ทําไมทะเลกรดจึงอันตรายนัก?

ทะเลกรด

คําถามนี้ยากที่จะตอบเพราะรายกานเหตุผลนั้นยาวมาก ขึ้นอยู่กับว่าสิ่งมีชีวิตปรับสมดุลเคมีภายในได้รัดกุมเพียงใด ทะเลกรดอาจมีผลต่อกระบวนการพื้นฐานเช่นการย่อยอาหาร กิจกรรมของเอนไซม์ และการทํางานของโปรตีน มันจะไปเปลี่ยนปริมาณของสารอาหารหลักๆ เช่น ธาตุเหล็กและไนโตรเจน เพราะมันจะเปลี่ยนองค์ประกอบของชุมชนจุลินทรีย์ และด้วยเหตุผลคล้ายกัน มันจะเปลี่ยนปริมาณแสงซึ่งส่องผ่านน้ำ นอกจากนี้ด้วยเหตุผลที่ค่อนข้างต่างออกไป มันจะเปลี่ยนการกระจายเสียง (โดยทั่วไปคาดว่าทะเลกรดทําให้ท้องทะเลมีเสียงดังมากขึ้น) ดูเหมือนว่าทะเลกรดยังเอื้อให้สาหร่ายพิษ เจริญเติบโต และมีผลต่อการสังเคราะห์แสง พืชหลายสายพันธุ์จะได้รับประโยชน์จากระดับคาร์บอนไดออกไซด์ที่สูงขึ้น และมันจะเปลี่ยนสารประกอบที่ประกอบขึ้นจากโลหะหลอมละลาย ในบางกรณีเป็นการเปลี่ยนแปลงที่อาจทําให้เป็นพิษ

สัตว์ที่หายไปจากบริเวณเกาะกาสเตลโล อาราโกเนเซ

คัลซิไฟเออร์

ในบรรดาผลกระทบมากมายที่อาจเกิดขึ้น ผลกระทบที่สําคัญที่สุดเกี่ยวเนื่องกับกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่เรียกว่าคัลซิไฟเออร์ (calcifiers คําว่าคัลซิไฟเออร์ใช้เรียกสิ่งมีชีวิตใดก็ตามที่สร้างเปลือกหรือโครงกระดูกภายนอก หรือในกรณีของพืชคือสร้างโครงภายในจากแร่แคลเซียมคาร์บอเนต) คัลซิไฟเออร์ในทะเลเป็นกลุ่มที่หลากหลายอย่างเหลือเชื่อ เอไดโนเดิร์ม (echinoderm) อย่างปลาดาวและเม่นทะเลเป็นคัลซิไฟเออร์ สัตว์จําพวกหอยและหมึกอย่างหอยตลับและหอยนางรมก็เช่นกัน เพรียงหินซึ่งเป็นสัตว์จําพวกกุ้งทั่วไป (crustacean) ก็เช่นเดียวกัน ปะการัง หลายสายพันธุ์เป็นคัลซิไฟเออร์ ซึ่งหมายถึงวิธีที่พวกมันสร้างโครงสร้างสูงใหญ่จนกลายเป็นแนวปะการัง สาหร่ายหลายชนิดเป็นคัลซิไฟเออร์ พวกนี้มักดูแข็งที่อหรือเปราะเมื่อสัมผัส สาหร่ายปะการัง (coralline algae) สิ่งมีชีวิตขนาดเล็กซึ่งเติบโตเป็นกลุ่มอาณานิคมที่ดูเหมือนรอยเปื้อนสีชมพูก็เป็นคัลซิไฟเออร์เช่นกัน หอยตะเกียงเป็นคัลซิไฟเออร์เช่นเดียวกับล็อกโคลิโธฟอร์ ฟอรามินิเฟอรา และเทอโรพอดหลายชนิด รายชื่อยาวไม่สิ้นสุด คาดกันว่ากระบวนการการสร้างหินปูน (calcification) เกิดขึ้นทั้งหมดยี่สิบสี่ครั้งแยกกันในประวัติศาสตร์ของสิ่งมีชีวิต และเป็นไปได้ที่จํานวนครั้งอาจสูงกว่านั้น

จากมุมมองของมนุษย์ การสร้างหินปูนมีส่วนคล้ายงานก่อสร้าง และมีส่วนคล้ายการเล่นแร่แปรธาตุ ในการสร้างเปลือกหรือโครงกระดูกภายนอกหรือแผ่นหินปูน คัลซิไฟเออร์ต้องรวมแคลเซียมอิออน (Ca) กับคาร์บอเนตอิออน (C03) เพื่อสร้างแคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO3) แต่ในระดับความเข้มข้นที่พบพวกมันในน้ำทะเลปกติ แคลเซียมอิออน และคาร์บอเนตอิออนจะไม่รวมตัวกัน สิ่งมีชีวิตต้องเปลี่ยนคุณสมบัติทางเคมีของน้ำเพื่อกําหนดคุณสมบัติทางเคมีของพวกมันเอง ณ จุดที่เกิดกระบวนการสร้างหินปูน ทะเลกรดทําให้การสร้างหินปูนยากขึ้นเพราะไปลดจํานวนคาร์บอเนตอิออนที่มีอยู่เดิม ลองจินตนาการว่าคุณสร้างบ้านขณะที่มีคนคอยขโมยอิฐของคุณไป ยิ่งน้ำเป็นกรดมากยิ่งต้องใช้พลังงานมากขึ้นในขั้นตอนที่จําเป็น และเมื่อถึงจุดหนึ่ง น้ำจะเริ่มกัดกร่อนและแคลเซียมคาร์บอเนตเริ่มละลาย นั่นเป็นเหตุผลว่าทําไมหอยหมวกเจ๊กที่เข้าไปใกล้ปล่องระบายความร้อนที่เกาะกาสเตลโล อาราโกเนเซจึงมีรูบนเปลือก

การทดลองในห้องปฏิบัติการบ่งชี้ว่าคัลซิไฟเออร์จะได้รับผลกระทบอย่างรุนแรงเมื่อค่าพีเอชในมหาสมุทรลดลง รายชื่อสัตว์ที่หายไปจากเกาะกาสเตลโล อาราโกเนเซยืนยันเรื่องนี้ได้เป็นอย่างดี ในเขตที่มีค่าพีเอช 7.8 สามในสี่ของสายพันธุ์ที่หายไปเป็นคัลซิไฟเออร์นั้นรวมถึงเพรียงหิน Balanus perforatus ที่พบทุกหนแห่ง หอยกาบ Mytilus galloprovincialis อันทรหด และไส้เดือนกระดูกงู Pomatoceros triqueter คัลซิไฟเออร์อื่นที่หายไปได้แก่ Lima lima ซึ่งเป็นหอยกาบคู่ที่พบทั่วไป Jujubinus striatus หอยโข่งทะเลสีช็อกโกแลต และ Serpulorbis arenarius สัตว์จําพวกหอยและหมึกที่รู้จักในนามหอยทากไส้เดือน (WormSnail) ในขณะเดียวกันสาหร่ายที่สร้างแคลเซียมหายไปโดยสิ้นเชิง

ตามคํากล่าวของนักธรณีวิทยาที่ทํางานในบริเวณนั้น ปล่องระบายความร้อนที่เกาะกาสเตลโล อาราโกเนเซพ่นคาร์บอนไดออกไซด์นานอย่างน้อยหลายร้อยปีหรืออาจนานกว่านั้น หากหอยกาบเพรียงหิน หรือไส้เดือนกระดูกงูสามารถปรับตัวตามค่าพีเอชที่ลดลงในช่วงเวลาหลายศตวรรษ สันนิษฐานว่าพวกมันคงทําไปแล้ว “มันได้รับโอกาสที่จะอยู่รอดในสภาวะเช่นนี้รุ่นแล้วรุ่นเล่า แต่ไม่มีพวกมันเหลืออยู่” ฮอลล์-สเปนเซอร์ กล่าว

ยิ่งค่าพีเอชลดต่ำลง สถานการณ์ยิ่งเลวร้ายขึ้นสําหรับคัลซิไฟเออร์ บริเวณที่ติดกับปล่องระบายความร้อนตรงที่ฟองคาร์บอนไดออกไซด์พุ่งขึ้นมาเป็นแถบหนา ฮอลล์-สเปนเซอร์พบว่าพวกมันหายไปอย่างสิ้นเชิง อันที่จริงสิ่งที่หลงเหลืออยู่ในบริเวณนี้ซึ่งเปรียบได้กับที่ว่างใต้น้ำ มีเพียงสาหร่ายท้องถิ่นแกร่งทรหดสองสามสายพันธุ์ สาหร่ายรุกรานบางสายพันธุ์ กุ้งชนิดหนึ่ง ฟองน้ำ และทากทะเลสองชนิด “คุณจะไม่พบสิ่งมีชีวิตที่สร้างหินปูนในบริเวณที่มีฟองพุ่งขึ้นมาเลย” เขาบอก “คุณรู้ใช่ไหมว่าปกติในท่าเรือที่น้ำเป็นพิษ คุณจะพบเพียงสองสามสายพันธุ์ที่คล้ายวัชพืชและสามารถทนกับสภาพที่เปลี่ยนแปลงไปอย่างผิดปกติ มันเป็นเช่นนั้นแหละเมื่อคุณปรับเพิ่มระดับ คาร์บอนไดออกไซด์”

มหาสมุทรดูดซึมคาร์บอนไดออกไซด์ประมาณ 1 ใน 3 ที่มนุษย์ปล่อยสู่อากาศ รวมเป็นปริมาณที่น่าตระหนักถึง 150,000 ล้านเมตริกตัน และสิ่งสําคัญไม่ใช่แค่ระดับการถ่ายโอนแต่เป็นความเร็วที่เกิด เช่นเดียวกับ แง่มุมอื่นๆของสมัยแอนโธรโพซีน การเปรียบเทียบที่เป็นประโยชน์ (แม้ต้องยอมรับว่าไม่สมบูรณ์แบบ) อาจเทียบได้กับแอลกอฮอล์ การดื่มเบียร์หกกระป๋องในเวลาหนึ่งเดือนหรือหนึ่งชั่วโมงส่งผลต่อคุณสมบัติทางเคมีในเลือดของคุณต่างกันมากเพียงใด ปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ที่เพิ่มในเวลาล้านปีหรือร้อยปีก็ส่งผลต่อคุณสมบัติทางเคมีในทะเลต่างกันเช่นกัน สําหรับมหาสมุทรและตับมนุษย์ อัตราการเกิดมีความสําคัญ หากเราปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์เข้าสู่อากาศช้าลง กระบวนการทางฟิสิกส์เช่นการผุกร่อนของหินจะช่วยต้านการเกิดทะเลกรด แต่ในสภาวะที่เป็นอยู่ตอนนี้ สิ่งต่างๆเคลื่อนไหวเร็วเกินกว่าแรงต้านซึ่งทํางานช้าจะตามทัน ดังที่ราเชล คาร์สัน (Rachel Carson) กล่าวไว้เมื่อพูดถึงปัญหาที่แตกต่างแต่ในขณะเดียวกันก็คล้ายคลึงอย่างลึกซึ้งว่า

“เวลาเป็นส่วนผสมที่สําคัญ แต่ในยุคสมัยใหม่เวลาไม่มีแล้ว”

สนับสนุนโดย ufabet