Den stigande surheten i haven hotar korallreven genom att göra det svårare för koraller att bygga sina skelett. En ny studie identifierar detaljerna om hur havsförsurning påverkar korallskelett, gör det möjligt för forskare att mer exakt förutsäga var koraller kommer att vara mer sårbara.

Koraller växer sina skelett uppåt mot solljus och förtjockar dem också för att förstärka dem.

Den nya forskningen, ledd av forskare vid Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), visar att havsförsurning särskilt försvårar förtjockningsprocessen – vilket minskar skelettens densitet och gör dem mer sårbara för att gå sönder. Studien publicerades idag i Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Vår forskning inkluderar nyanserna av korallskeletttillväxt, möjliggör mer exakta prognoser av hur, var, och med hur mycket, havets försurning kommer att påverka koraller som bygger tropiska rev, sa Nathaniel Mollica, som är huvudförfattare till studien och doktorand i MIT-WHOI Joint Program in Oceanography. I forskargruppen ingick också Weifu Guo, Anne Cohen, och Andrew Solow (WHOI), Kuo-Fang Huang (Academia Sinica i Taiwan), och Hannah Donald och Gavin Foster (University of Southampton i England).

Forskargruppen utvecklade en numerisk modell som simulerar denna detaljerade skeletttillväxtmekanism och kopplade den med prognostiserade förändringar i havets pH (ett mått på dess surhet) inducerade av globala klimatförändringar. Resultaten visade att minskningar i korallskelettdensitet kommer att inträffa på många korallrev. Effekten kommer att vara särskilt stark i Indo-Stillahavsområdet, med upp till 20 procents minskning av tätheten av korallskelett år 2100 i delar av koralltriangeln – området som begränsas av Indonesiens vatten, Malaysia, Filippinerna, Papua Nya Guinea, Östtimor, och Salomonöarna. Koraller i Karibien, Hawaii och norra Röda havet kunde klara sig bättre, författarna säger, med minskningar på mindre än 10 procent orsakade av enbart havsförsurning.

"Denna mycket viktiga studie bestämde hur en korallart påverkas av havsförsurning och modellerade effekten av framtida miljöförhållanden, sa David Garrison, chef för National Science Foundations program för biologisk oceanografi, som finansierade en stor del av forskningen, tillsammans med The Robertson Foundation och Woods Hole Oceanographic Institution.

Korallskelett är gjorda av aragonit, en form av kalciumkarbonat. Koraller växer sina skelett uppåt genom att stapla buntar av aragonitkristaller, den ena på den andra. På samma gång, de förtjockar dessa buntar med ytterligare kristaller, som stärker skeletten och hjälper dem att motstå brott orsakade av strömmar, vågor, stormar, och tråkig och bitande av maskar, blötdjur, och papegojfisk.

"Korallrev är bland de mest mångsidiga ekosystemen på jorden, med enorma kulturella, ekologisk, och ekonomiskt värde, sa Anne Cohen, en forskare vid WHOI och medförfattare till studien. Rev utsätts för flera påfrestningar, inklusive stigande havsnivåer, förändrade näringsregimer, och varmare havstemperaturer, Hon sa, men till skillnad från havsuppvärmningen, som orsakar synlig blekning, effekten av havsförsurningen är mer lömsk och svår att upptäcka, och därmed svårare att förutse.

Havsförsurning orsakas av stigande halter av koldioxid i atmosfären, mestadels från förbränning av fossila bränslen. Koldioxiden (CO2) absorberas av havsvatten, sätter igång kemiska reaktioner som producerar bikarbonat- (HCO3-) och karbonatjoner (CO32-). Korallpolyper – de små levande koralldjuren med mjuk kropp – för in havsvatten som innehåller HCO3-, CO32- och kalciumjoner (Ca2+) till ett "förkalkningsutrymme" mellan dess celler och ytan av det befintliga skelettet. De pumpar ut vätejoner (H+) ur detta utrymme för att producera fler karbonatjoner (CO32-) joner, vilket gör det lättare att tillverka kalciumkarbonat (CaCO3) för sina skelett. Men när haven absorberar överskott av CO2, som det händer nu, det finns fler HCO3-joner men färre CO32-joner i havsvatten, vilket gör det svårare för koraller att samla skelett.

Laboratorieförsök och fältstudier, dock, har varit tvetydiga, visar tydliga negativa effekter av havsförsurning på skeletttillväxt i vissa fall, men inte i andra. Den nya forskningen tyder på att denna inkonsekvens delvis återspeglar den nyfunna komplexiteten hos korallskeletttillväxt.

För att testa denna teori, forskarna tog kärnor av skelett från en vanlig typ av revbyggande koraller som kallas Porites på fyra platser:Palau, Dongsha-atollen i Sydkinesiska havet, Green Island utanför Taiwan, och Saboga i Panama, där havsvattenförhållandena sträckte sig över ett brett spektrum av pH-nivåer och karbonatjonkoncentrationer. De använde en 3D Computerized Tomography (CT) skanner för att avbilda skelettkärnorna, som avslöjar årliga tillväxtband, ungefär som ringar på ett träd. Från skanningarna, de kunde urskilja och separat kvantifiera de uppåtgående och förtjockande komponenterna i koralltillväxten. Deras analys avslöjade en konsekvent korrelation:skelett av koraller i surare (lägre pH och färre karbonatjoner) vatten var betydligt tunnare. Dock, de fann inget samband mellan uppåtväxt och karbonatjonkoncentration.

För att bättre förstå dessa processer, forskarna undersökte koralltillväxtprocessen och visade att när pH och karbonatjoner minskar i omgivande havsvatten, så gör koncentrationer av karbonatjoner i korallernas förkalkningsutrymme. Följaktligen, korallerna kan inte producera så mycket aragonit för att göra skelettet tjockare. Korallerna fortsätter att investera i uppåtgående tillväxt, men "förtätning" eller förtjockning lider. Som ett resultat, koraller i vatten med lägre pH bygger tunnare skelett som är mer mottagliga för skador från bultande vågor eller attacker från eroderande organismer.

Forskargruppen analyserade ytterligare publicerade data om mer än 100 Porites-korallskelettkärnor som tagits av andra forskare på många platser där den omgivande havsvattenkemin också är känd. Analyserna validerade lagets föreslagna mekanism för hur havsvattenkemi påverkar tätheten av korallskelett.

Forskarna noterar att havsförsurningen inte sker isolerat och att andra förändringar som havsuppvärmningen också kommer att påverka koralltillväxten.

"Vårt nästa steg är att utöka vår modell för att inkludera effekterna av flera stressorer på korallernas skeletttillväxt, sa Weifu Guo, en geokemist vid WHOI och studiens ledande utredare. "Att känna till detaljerna om hur de olika aspekterna av havsförändringar kommer att påverka koraller kommer att göra det möjligt för oss att kvantitativt projicera banan för koraller som bygger rev under 2000-talets klimatförändringar."