Prognoze asupra dezvoltarii recifelor de corali in conditiile incalzirii globale

Prognoze asupra dezvoltarii recifelor de corali in conditiile incalzirii globale

1. Recifele coraligene si organismele recifale

Recifele coraligene si organismele si comunitatile care traiesc si construiesc pe ele, sunt distribuite in mare parte in apele de mica adancime, tropicale si subtropicale. Recifele coraligene sunt ecosisteme unice, in sensul ca sunt definite atat de componente biologice (comunitatea de "corali") cat si de componente geologice (structura de "recif"). Reciful este construit din calcar (carbonat de calciu) secretat ca material scheletic de catre corali si algele calcaroase. Coralii ce construiesc recife sunt organisme coloniale care "gazduiesc" in tesutul lor microalge unicelulare, numite zooxanathellae. Din aceasta relatie simbiotica beneficiaza ambii parteneri: coralul obtine hrana in urma fotosintezei plantei, iar microalgele beneficiaza de nutrienti eliberati ca reziduuri de catre coral. Si impreuna au un efect complementar asupra schimbului de dioxid de carbon (CO₂), ce este important pentru cresterea rapida a scheletului calcaros.

Fig. 1 Distributia generala a recifelor de corali, contururile indicand numarul de genuri. Arealul din interiorul conturului cu 50 de genuri este "triunghiul coraligen" - centru biodiversitatii coraligene din sud-estul Asiei. Arealele albastre in afara contururilor, reprezinta regiuni cu cel putin 10, dar mai putin de 25 de genuri.

(Sursa: bazat pe Veron - 1995)

Recifele coraligene ofera multe valori societatii umane si sanatatii biosferei. In cadrul recifelor se intalnesc zone bogate de pescuit iar structurile recifale reprezinta diguri naturale de protectie a tarmurilor, altor ecosisteme si a asezarilor umane impotriva valurilor si furtunilor. Recifele si produsele recifale sunt intensiv folosite pentru hrana pe care o ofera, ca materiale de constructii, in industria farmaceutica, etc. De asemenea, recifele au devenit importante destinatii turistice, asadar resurse economice.

Mai putin evidente sunt multiplele alte "servicii" ale recifelor coraligene, cum ar fi reciclarea nutrientilor si asigurarea habitatului multor altor specii. Multe dintre aceste servicii sunt legate de structurile geologice si biologice ce creeaza complexitatea necesara unei biodiversitati ridicate ale recifelor.

Cele mai mari provincii ale recifelor coraligene se intalnesc in Oceanele Indo-Pacific si Atlantic    (unde cel mai cunoscut exemplu este reciful Caraibian). Cele doua bazine oceanice au foarte putine specii recifale in comun.

2. "Criza recifelor coraligene"

Recifele coraligene au fost in declin de-a lungul istoriei umanitatii, culminand cu cresterea dramatica a mortalitatii coralilor si degradarea recifelor in ultimii 20-50 de ani. Aceasta "criza a recifelor coraligene este foarte bine documentata si a dus la aparitia a numeroase publicatii asupra viitorului recifelor coraligene si asupra vulnerabilitatii lor la schimbarile de mediu. Cauzele acestei crize sunt reprezentate de o combinatie dintre presiunea umana si schimbarile climatice din ultima perioada. Pana in 1998 s-a estimat ca 11 procente din totalul recifelor au fost distruse de activitatile umane la care se adauga 16 procente puternic afectate intre anii 1997-1998, de albirea coralilor. Raspandirea fenomenului de albire a coralilor, necunoscut inainte de 1980 a adus la cunostinta amenintarea recifelor atat la scara globala de factorii climatici, cat si regional, de diverse pericole si ca diverse tipuri de presiuni pot interactiona intr-un mod complex.

3. Schimbarile climatice si modificarile asupra recifelor coraliere

In ultimele doua decenii, cresterea numarului populatiei umane si a dezvoltarii, au produs schimbari nu numai la nivel local, ci in mediul global, ca intreg. Schimbarile sistematice majore includ si cresterea concentratiei atmosferice a gazelor de sera, ce influenteaza bugetul energetic al Pamantului, precum si clima.     Ca urmare, ciclurile globale ale fosforului si azotului s-au accelerat datorita utilizarii fertilizatorilor artificiali si a schimbarilor majore in utilizarea terenurilor, ciclul hidrologic s-a modificat ca urmare a indiguirilor, ecosisteme naturale majore au suferit modificari in urma pescuitului excesiv, a taierii padurilor si a practicarii agriculturii.

Datorita faptului ca recifele coraligene se afla la contactul uscatului cu apa si atmosfera, habitatul lor natural resimte modificarile atat marine cat si terestre in urma schimbarilor climatice si sunt vulnerabili la activitatile umane.

Incalzirea globala impune modificari majore asupra ecosistemelor coraliere, atat la nivel global cat si local. Insa prognoza unui raspuns din partea recifelor este destul de greu de realizat, pentru ca nu sunt precedente pentru aceste schimbari in evolutia istorica a coralilor moderni (~ 50 milioane de ani).

In momentul de fata, bulele de gaz conservate in calotele glaciare, arata cum concentratia    CO₂ atmosferic a oscilat in ultimii 400 000 de ani intre 180 si 310 parti estimative pe milion volum. In ultima perioada se observa o crestere a cantitatii de CO₂, datorita activitatilor umane. Impreuna cu aceasta, se observa si o crestere a temperaturii si o descrestere a pH-ului la suprafata oceanului.

3.1. Procesul de albire a coralilor

Atat atmosfera cat si oceanul s-au incalzit de la sfarsitul secolului al 19-lea si vor continua sa se incalzeasca in viitorul apropiat, in mare parte ca rezultat al cresterii concentratiei gazelor de sera.

"Albirea" presupune pierderea unei alge simbiotice de catre coral sau alta gazda. Mare parte a pigmentilor coralilor viu colorati depind de prezenta acestor celule de plante. Tesutul viu al coralului fara alga este translucid, astfel incat scheletul alb de carbonat de calciu se vede prin el. Albirea coralilor se produce in mare parte datorita oscilatiilor de temperatura. Coralii au limite destul de stranse de temperatura unde se pot dezvolta. Orice oscilatii ale acesteia in afara limitelor duce la albirea coralilor. Coralii cu forma ramuroasa, cu o rata de crestere ridicata si cu straturi subtiri, par a fi mai cei mai sensibili la procesul de albire si de obicei mor daca sunt albiti in mare parte. In schimb, coralii masivi cu mai multe straturi si regim de crestere mai incet sunt mai putin sensibili si in general isi revin dupa perioade de albire.

3.2. Incalzirea globala si distributia recifelor

Distributia globala a recifelor coraligene este limitata de temperatura minima anuala de ~ 18^oC. Desi incalzirea globala poate extinde arealul de dezvoltare al coralilor in regiuni care acum sunt prea reci, noul areal disponibil in urma incalzirii va fi mic si efectele altor schimbari care se vor suprapune arealelor respective sugereaza ca orice expansiune geografica a recifelor coraligene va fi extrem de mica (fig.2).

Fig. 2: Arealele de expansiune a recifelor coraliere in cazul incalzirii apelor Oceanului Planetar cu 2^oC

In prezent, recifele (prezentate prin asterisc in fig.2) sunt limitate de tropice si se dezvolta numai in ape care raman mai calde decat 18^oC. O incalzire cu 2^oC a apelor Oceanului Planetar va mari arealul de dezvoltare a coralilor cu cateva grade latitudine (linia albastra - fig.2). Locatii in cadrul acestor areale, care au adancimi, substrat si alte conditii de mediu potrivite, ar putea sustine noi recife coraliere la temperaturi mai ridicate.

Recifele coraligene necesita ape de mica adancime, cu un grad de transparenta ridicat, cu un minim de substrat dur, iar propagarea lor depinde de curentii oceanici. Pe coastele vestice a Americii de Nord si de Sud, Europei si Africii se intalnesc curenti de apa reci care se scurg spre ecuator, impunand astfel restrictii in distributia recifelor. In regiuni precum sud-estul Statelor Unite si in apropiere de raul Amazon, expansiunea recifelor de-a lungul coastei ar fi blocata de barele nisipoase, delta Amazonului si turbiditatea apei. Doar sudul Chinei, Japoniei, Australiei si sudul Africii prezinta oportunitati geografice realiste pentru expansiunea recifelor. Pe langa aceasta, incalzirea temperaturii apei la suprafata, asociata cu o cantitate dubla de CO₂ va muta conturul gradientului de 18^oC cu doar cativa kilometri, mai ales in zonele critice vestice. Luate in ansamblu, efectele pozitive ale incalzirii asupra disponibilitatii habitatului si distributiei ecosistemului va fi infim de mica in comparatie cu efectele negative.

3.3. Reducerea potentialului de calcifiere

Curentii oceanici absorb aproximativ o treime din imputul de CO₂ in atmosfera, cu rezultate semnificative in schimbarea compozitiei chimice a apei de mare ce afecteaza abilitatea organismelor recifale de a se calcifia. Fotosinteza si respiratia organismelor marine afecteaza de asemenea concentratia de CO₂ in apa de mare, dar cea mai mare cantitate a CO₂ care se gaseste in apele marine de mica adancime este absorbita din atmosfera la contactul cu stratul de suprafata. Modificari in concentratia de CO₂ prin binecunoscutul proces de schimb de gaze ocean - atmosfera au efect si asupra pH-ului si asupra concentratiilor de ioni carboneti si bicarbonati. Chimia stratului de suprafata apei marii se modifica in functie de schimbarile concentratiei de CO₂ atmosferic. Cresterile prevazute ale CO₂ atmosferic, pot duce la o reducere a nivelului pH-ului ce nu a fost vazuta de milioane de ani.

Multe organisme marine folosesc ionii de carbonat (CO₃^2-) si de calciu (Ca²⁺)din apa de mare pentru a secreta schelete de CaCo₃. Reducerea concentratiei oricaruia dintre acesti ioni poate afecta rata depunerilor scheletice, dar ionul carbonat este mult mai putin abundent decat calciu si pare sa joace un rol important in calcifierea coralilor. Concentratia ionului carbonat in apele de suprafata va scadea substantial ca raspuns al cresterii viitoare a CO₂ atmosferic, reducand astfel ratele de calcifiere a celor mai importanti producatori de CaCO₃: coralii, algele calcaroase aflate pe recifii coralieri si cateva organisme planctonice cum ar fi coccolitophorele si foraminiferele ce se gasesc in larg.

In experimentele de laborator, unde s-a simulat o dublare a concentratiei de CO₂ atmosferic, s-a observat o scadere a ratei de calcifiere a coralilor de 11-37%.

Rata de calcifiere a coralilor depinde insa si de alti factori cum ar fi temperatura. Studiile au aratat ca rata de calcifiere a unor zone ale coralului Porites a crescut mai degraba decat scazut in ultima jumatate a secolului 20. Temperatura si rata de calcifiere sunt corelate si acei corali au raspuns, pana acum, mai mult la cresterea temperaturii apei decat la scaderea concentratiei ionului de carbonat. Pentru a se produce calcifierea totusi temperatura apei trebuie sa ramana sub limita termala superioara pe care o poate suporta coralul.

O rata de calcifiere mai scazuta presupune o extindere mai scazuta a scheletelor organismelor calcificatoare si/sau formarea scheletelor cu o densitate mai mica. O rata de extindere mai mica reduce abilitatea coralilor de a se extinde. Reducerea densitatii scheletului inseamna o mai slaba rezistenta la rupere si o mai mare susceptibilitate atat asupra dezmembrarii fizice cat    si asupra bioeroziunii.

Construirea recifului are loc atunci cand precipitarea carbonatului de calciu depaseste indepartarea lui. O reducere a precipitarii CaCO₃ reduce si abilitatea recifului de a creste si de a face fata eroziunii.

Schimbari viitoare in chimia apei marine nu vor duce numai la scaderea ratei de calcifiere, ci si la cresterea disolutiei CaCo₃. Experimentele pe teren    (Hallez si Yates, 2000) au aratat ca rata disolutiei ar putea egala rata de calcifiere in momentul in care concentratia de CO₂ atinge dublul concentratiei existente in perioada preindustriala. Acest lucru ar duce la o incetinire sau o inversare a constructiei de recife si la potentiala pierdere a structurilor recifale in viitor.

4. Scenarii

Cercetatorii au intocmit trei scenarii posibile, folosind prognozele privind emisiile de gaze cu efect de sera realizate de Consiliul Interguvernamental al ONU asupra Schimbarii Climatice.

Emisiile de carbon din atmosfera sunt masurate in asa-numitele ppm ("parts per milion" - parti estimative la un milion), iar nivelurile actuale sunt situate la 380 ppm. Prognozele au fost combinate cu simulari pe computer, prin care oamenii de stiinta au vrut sa vada modul in care echilibrul chimic al oceanului se schimba atunci cand nivelurile de CO2 variaza de la 280 la 500 ppm.

Scenariul A arata ca, in cazul in care emisiile de gaze se stabilizeaza la nivelul actual, de 380 ppm, recifele de corali vor fi afectate, insa vor reusi sa supravietuiasca.

Potrivit Scenariului B, in care emisiile de gaze continua sa creasca la rata actuala, pana la nivelul de 450-500 ppm, iar temperatura oceanului creste cu 3,6 grade Celsius, "eroziunea recifelor va depasi procesul de calcifiere". "Densitatea si diversitatea coralilor vor intra in declin, determinand o reducere a diversitatii habitatelor si la o pierdere a biodiversitatii marine, inclusiv a pestilor si neverterbratelor care traiesc printre corali.

Scenariul C, in care nivelul gazelor din atmosfera ajunge la 500-600 ppm, iar temperatura oceanului creste cu peste 5,4 grade Celsius, este cel mai dramatic. "Schimbarile climatice vor transforma recifele in niste schelete in prabusire", subliniaza expertii. Tot ei arata ca jumatate din speciile marine ale oceanului vor disparea.

5. Exemplificari si prognoze

5.1. Marea Bariera de Corali - Australia

Marea Bariera de Corali este cel mai mare sistem de recif coraligen din lume cuprinzand aproximativ 3000 de recifuri si 300 de insule ce se intind de-a lungul a 2600 kilometri si acopera o suprafata de 344,400 km². Reciful este situat in Marea de Coral in apropiere de coasta Queensland-ului din nord-estul Australiei.

In Raportul pregatit de Centrul Dreptului International si Global, Sydney, 2004 se mentiona:

Marea Bariera de Corali a fost afectata serios de procesul de "albire a coralilor", ca urmare a cresterii temperaturii

In verile anilor 1998 si 2002, in Marea Bariera de Corali s-au inregistrat procese puternice de albire a coralilor. S-a raportat ca in anumite zone ale barierei temperaturile erau cu 1-2^oC mai ridicate decat normalul perioadei.

Prognoze pentru viitor:

"Apele Marii Bariere de Corali o sa continue sa se incalzeasca si se prevede sa continuie intr-un ritm accelerat si in secolul 21. Temperaturile ridicate vor duce la un nivel ridicat al fenomenului de albire a coralilor, mortalitatea coralilor si saracirea biodiversitatii, care ar putea avea consecinte serioase asupra biodiversitatii, ecologiei si utilizarii recreationale si economice a recifului" (Raportul Institutului de Stiinta Marina si Centrul de cercetari ale Recifului din Australia).

Profesorul Ove Hoegh - Guldberg estimeaza o crestere intre 2 si 6 grade a temperaturii apei marii pana in 2100 in apele Marii Bariere de Corali, ca urmare a emisiilor de gaze de sera rezultate in urma activitatile umane

5.2. Coralii din Caraibe

In anul 1998 si 2005, coralii din Caraibe, care reprezinta cei mai diversificati corali si care au densitatea cea mai mare au suferit un puternic fenomen de albire a coralilor, ce s-a extins aproape in toata regiunea.

Prognoze:

Din pacate, toate prognozele din Raportul IPCC din 2007 arata faptul ca fenomene de incalzire brusca precum cele din 2005, nu vor fi evenimente izolate. Se vor intampla probabil si in viitor, iar impactul va fi mai sever. IPCC concluzioneaza ca schimbarea climatica indusa de om va incalzi atmosfera cu 1,8 - 4,0^oC pana in anul 2100.

O alta potentiala consecinta a incalzirii globale o reprezinta cresterea frecventei uraganelor de categoria 4 si 5 in Caraibe. Aceste ultimele prognoze cu privire la furtunile de categoria 4 si 5 probabil ca vor cauza pagube semnificative recifelor de corali si comunitatilor care depind de ele.

Singura posibilitate de a pastra corali pe recife o reprezinta un management atent al presiunii umane cum ar fi poluarea, pescuitul si dezvoltarea excesiva a infrastructurii costiere. De asemenea, o scadere dramatica a gazelor de sera in urmatorii 20 de ani este absolut necesara pentru controlul procesului de incalzire a climei ti a nivelului deosebit de ridicat a concentratiei de CO₂.

Bibliografie

Aronson, R.B., Buddemeier, R.W., Kleypas, J.A. (2004) - Coral Reefs & Global Climate Change, prepared for the Pew Center on Global Climate Change

Wilkinson, C., Souter, D. (2007) - Status of Caribbean Coral Reefs after Bleaching and Hurricanes in 2005

Global Climate Change and the Great Barrier Reef: Australia's Obligations under the World Heritage Convention, 2004, Sydney