Det globala havet täcker 70 procent av vår planet, gör jorden beboelig, och bidrar till ekonomier, matförråd, och vår hälsa. Ändå hotas havet alltmer av den växande mängden koldioxid i atmosfären.

Två forskare från Lamont-Doherty Earth Observatory knutna till Center for Climate and Life leder forskningsprojekt som undersöker några av hur klimatförändringar påverkar havets hälsa. Båda forskarna använder fossila rester av havsdjur som naturliga registrerare av tidigare klimat- och marina ekosystemförändringar. Informationen de får från dessa ger ledtrådar om hur det framtida havet och dess invånare kan komma att formas av klimatförändringarna.

Deras studier finansieras delvis av centrets partnerskap med World Surf League PURE, som gör det möjligt för Lamont-Doherty-forskare att bedriva kritisk forskning som främjar förståelsen av klimatpåverkan på havet.

Havsförsurning:Det andra koldioxidproblemet

Bärbel Hönisch, en marin geokemist, studerar hur havsvattenkemin förändrades genom tiden. I dag, havet blir surare på grund av den stigande koncentrationen av koldioxid i jordens atmosfär, varav cirka 30 procent absorberas av havet. Även om denna process hjälper till att minimera den globala uppvärmningen, upplösningen av koldioxid i havet leder till att kolsyra bildas. Som namnet antyder, tillsats av kolsyra gör havsvattnet surare och denna "havsförsurning" gör det svårare för förkalkande organismer som koraller, blötdjur, och lite plankton för att bygga sina skal och skelett.

Havets nuvarande pH är cirka 8,1, vilket representerar en 25-procentig ökning av surheten under de senaste 200 åren. När mängden koldioxid i atmosfären fortsätter att öka, forskare förväntar sig att havsvattnets surhet kommer att öka med ytterligare 25 procent i slutet av 2000-talet. Denna nivå av försurning liknar den för Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM), som inträffade för cirka 56 miljoner år sedan. Under PETM, en plötslig ökning av koldioxid i atmosfären sammanföll med snabb uppvärmning och försurning av havsvattnet – förhållanden som varade i 70, 000 år eller mer.

Hönisch analyserar skalen av små planktonorganismer som kallas foraminifer som bevarades i djuphavssediment under denna och andra tidsperioder, som återvinns från havsbotten genom djuphavsborrning. Hennes mål är att kvantifiera förändringar i havet som inträffade på grund av tidigare klimatförändringar, och för att avgöra om och hur marina organismer anpassade sig till dessa föränderliga förhållanden:Har vissa organismer utvecklats och frodas? Har några dött ut?

Hönisch använder sitt bidrag från Center for Climate and Life för att svara på dessa frågor. Som en del av hennes projekt, hon och hennes forskarteam skapar en tidslinje som beskriver tidigare nivåer av havssyra och foraminifers känslighet för miljöförändringar. Detta kommer att hjälpa dem att avgöra hur tidigare havstemperaturer och surhet påverkade förmågan hos kalkhaltiga marina organismer att bygga och underhålla sina skal. Deras resultat kan också förbättra förutsägelser om konsekvenserna av framtida ekosystemförändringar.

"Vår forskning har visat att uppvärmningen på två grader Celsius i slutet av den senaste istiden hade en starkare effekt på förekomsten av foraminiferarter och latitudinell migration än 0,15 enheters försurning av ythavet, sa Hönisch. Så på något sätt, man kan säga att uppvärmning är en större miljöpåverkan än försurning, åtminstone för planktiska foraminifer med denna specifika omfattning av uppvärmning och försurning. Dock, uppvärmning och försurning kommer också att gå hand i hand i framtiden och deras respektive effekter kommer att öka."

Hönisch förklarade också att effekterna av stigande temperaturer och försurning av havsvatten inte kommer att vara desamma i hela det globala havet. "Det kommer att finnas mycket variation i förhållandena i havet, ", sa hon. "Det kan finnas tillflyktsorter där vissa organismer kan överleva."

Även om observationer av tidigare havförändringar kan verka dystra, Hönisch noterade att många marina organismer är extremt motståndskraftiga mot miljöförändringar. Inte ens den förödande effekten av Chicxulub-asteroiden för 66 miljoner år sedan utplånade livet i havet helt, så det finns hopp om överlevnad för marina organismer trots våra snabbt försurande hav.

Hönischs forskning visar hur information om tidigare fenomen kan vara till hjälp idag, och i framtiden, om vi studerar och lyssnar på deras budskap, som, I detta fall, har lämnats åt oss i sediment på havets botten.

Koraller:Ett fönster till tidigare klimat

Brad Linsley, en paleoklimatforskare vid Lamont-Doherty Earth Observatory, rekonstruerar tidigare klimat med hjälp av koraller och sediment för att lära sig hur förändringar i globala temperaturer, salthalt i havet, och atmosfärisk hydrologi varierade tidigare. Han gör detta genom att analysera mikrofossiler bevarade i djuphavssediment och kärnor tagna från massiva koraller.

De enorma revkorallerna Linsely-prover odlar ett skelett med en hastighet av cirka en centimeter per år. När skelettet växer uppåt, korallen genererar omväxlande lågdensitets- och högdensitetsbandkupletter med en hastighet av en kuplett varje år. Dessa densitetsband är synliga i röntgenbilder av skurna plattor av korallkärnorna och används av forskare för att vägleda provtagning med nästan månad upplösning och för att generera detaljerade åldersmodeller.

Geokemiska spårämnen uppmätta i en koralls skelett är känsliga för vattentemperatur, salthalt, flodens utsläpp, och andra miljöparametrar. Eftersom friska koraller växer kontinuerligt under hela året och kan leva i flera århundraden, massiva koraller kan användas för att skapa kontinuerliga register över tidigare förändringar i vattentemperatur, salthalt, och andra förhållanden som sträcker sig flera århundraden tillbaka.

Den längsta skivan Linsley har arbetat på går tillbaka till 1521 och är från Amerikanska Samoa. Andra skivor från Panama, Fiji, Cooköarna, och Tonga sträcker sig tillbaka till tidigt 1600-tal. Förmågan att generera dessa detaljerade och korrekta kronologier av tidigare miljöförhållanden är det som gör koraller så värdefulla som paleoklimatarkiv.

En del av Linsleys senaste forskning fokuserar på korallblekningshändelser, som inträffar med ökande frekvens när temperaturen i havet stiger. Små alger lever i korallernas vävnader – det är de som ger koraller deras ljusa färger – och har ett symbiotiskt förhållande med koralldjuren. Till exempel, korallen ger algerna en rik tillgång på koldioxid och algerna ger koraller sin huvudsakliga källa till föda.

Koraller är extremt känsliga för temperaturförändringar och när havets temperatur stiger, till och med en grad Celsius, koraller blir stressade. När detta händer, algerna drivs ut från korallerna, vilket resulterar i "blekta" vita korallstrukturer. Under en blekningshändelse, alger kanske inte försvinner jämnt från koraller, delvis på grund av att det kan finnas många olika arter av alger på en korallformation. I vissa fall, koraller kan återhämta sig men om vattnet förblir varmt, korallerna kommer vanligtvis att dö.

"En gång en viss, platsspecifik temperaturtröskel bibehålls under ett visst antal veckor, många koraller kommer att bleka. Dock, andra påfrestningar kan också orsaka koralldöd som ibland är svår att skilja från blekning, sa Linsley.

Korallblekningshändelser har inträffat runt om i världen samtidigt som vissa El Niño-händelser, som gör att en region med varmt vatten utvecklas längs ekvatorn i centrala och östra Stilla havet. Det kan finnas ett samband mellan de två, men det exakta mönstret är fortfarande oklart; Linsley sa att på Stilla havets sida av Panama, en av hans studieplatser, korallblekning verkar sammanfalla med vissa mycket starka El Niño-händelser.

Under loppet av Linsleys karriär, han har studerat korallblekningshändelser i Panama, Fiji, och Tonga. Senast, i mars 2018, han återvände till Panama för att undersöka en blekningshändelse för andra gången – en resa som stöddes av Center for Climate and Life.

I Panama, Linsley och hans team samlade in fem korallkärnor från ett område i Chiriquíbukten, vid Stillahavskusten. Vattentemperaturen i regionen är i allmänhet 32 ​​grader Celsius, eller 89,6 grader Fahrenheit, med endast två grader av säsongsvariation. Det finns väldigt lite mänsklig utveckling i området, så många mangroveskogar finns kvar längs den outvecklade kustlinjen. Vindarna i regionen rör sig från öst till väst och en vindskugga som blockerar passadvindarna; det finns både direkt nederbörd i havet och avrinning från land.

Korallerna registrerar all denna miljöaktivitet och, genom olika analyser, Linsley använder kärnorna han samlade i Panama för att rekonstruera historien om korallblekning och hydrologiska förändringar i regionen tillbaka till mitten av 1800-talet. Linsleys resultat kommer i slutändan att förbättra förståelsen för säsongsmässiga och dekadalska förändringar i nederbörden i Centralamerika.

Denna information kommer att hjälpa regionen att reagera på klimatpåverkan på flera sätt. Jordbruksföretag, regeringar, och bönder kan använda det för att planera för framtida fluktuationer i nederbörd och implementera effektiva metoder för odling. Kunskapen kommer också att hjälpa ansträngningarna från Panama Canal Authority, som driver Panamakanalens slussar, bygga motståndskraft och anpassa sig till förändringar i nederbörd. En stor mängd vatten krävs för att flytta fartyg genom slussarna utan användning av pumpar, så brist på nederbörd kan resultera i kostsamma störningar för sjöfartstrafiken genom Panamákanalen.

Den här historien är återpublicerad med tillstånd av Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.