Tropikalne rafy koralowe mają się coraz gorzej. Jak to możliwe, gdy medialne nagłówki donoszą o „rekordowym przyroście pokrywy koralowej”? Jakie zmiany zachodzą na rafach? Jak się to bada? I które rafy będą miały szanse na przetrwanie globalnego ocieplenia?
Rafy koralowe często są utożsamiane z położonymi płytko pod powierzchnią morza rafami tropikalnymi, takimi jak znajdująca się przy wschodnim wybrzeżu Australii Wielka Rafa Koralowa. Występują one w wodach ciepłych, dobrze nasłonecznionych, zasadowych, czystych i stosunkowo ubogich w składniki odżywcze, gdzie warunki środowiskowe są względnie stabilne przez cały rok.
Mała zmienność warunków powoduje, że koralowce budujące te rafy mają wąski zakres tolerancji na różne czynniki m.in. temperaturę wody. Wystarczy, że przekroczy ona lokalną, maksymalną miesięczną średnią jedynie o 1-2°C, by doszło do załamania symbiozy korali madreporowych (rafotwórczych) z jednokomórkowymi glonami z rodziny Symbiodiniaceae, którym zawdzięczają żywe kolory i substancje odżywcze pochodzące z fotosyntezy. Dla większości gatunków ta symbioza jest konieczna dla ich przetrwania. Podobnie dzieje się w przypadku innych organizmów będących gospodarzami dla zooksantelli (jednokomórkowych glonów) np. ukwiałów. Mamy wtedy do czynienia z tzw. blaknięciem raf.
Ponieważ symbionty zaspokajają około 90% potrzeb energetycznych korali, taka sytuacja oznacza niedożywienie, zmiany fizjologiczne i ryzyko śmierci. Jeśli anomalne warunki nie trwają zbyt długo symbioza może zostać przywrócona i koralowiec ma szansę na regenerację. W innym przypadku zamiera (Hoegh-Guldberg i in., 2017, Mies i in., 2020, Schoepf i in., 2021).
Badanie zdrowia raf – jak to się robi?
Aby porównać stan danej rafy w różnych okresach (np.: przed i po morskiej fali gorąca) często używa się wskaźnika zwanego stopniem pokrycia koralami (madreporowymi). Określa on jaka część powierzchni rafy jest pokryta żywymi koralami, bez opisywania dokładnego składu gatunkowego. Jego wartości mówią np. czy rafa odnawia się się po okresie blaknięcia.
Aby wyznaczyć stopień pokrycia koralami, najczęściej prowadzi się obserwacje w małej skali (dziesiątki metrów) w wielu oddalonych od siebie miejscach (co najmniej o setki metrów) przy pomocy jednej z trzech metod:
- zdjęć pokazujących szczegółowo fragment rafy w skali 1-10 m,
- pomiarów taśmą lub filmowanie wzdłuż wyznaczonej linii, pozwalające opisać ilościowo strukturę społeczności w skali 10-100 m,
- holowanie obserwatora za łodzią – określa on przybliżoną wartość w skali >=100 m.
Wyniki z wielu pomiarów są uśredniane i podawane w procentach. Dwie pierwsze metody dają wyniki, których dokładność określona zgodnie z zasadami statystyki to ok. +-10% pokrycia. Dane z holowania są bardzo subiektywne – zależą od szacunków danego nurka, który ocenia stopień pokrycia w szerokich kategoriach (np.: 0, 1–10, 11–30, 31–50, 51–75, 76–100%).
Ze względu na różne ograniczenia, także techniczne, jednie około 0,01-0,1% obszaru tropikalnych raf na świecie jest badane. Dzięki tym danym naukowcy mogą jednak ustalić trendy dotyczące ich stanu (Hochberg i Gierach, 2021, raport AIMS 2021/22).
Rafy tropikalne kiedyś a dziś
Pierwsze obserwacje blaknięcia fragmentów raf poczyniono co najmniej 100 lat temu. Jednak blaknięcie na dużą, geograficzną skalę nie zostało opisane w literaturze naukowej aż do 1979 r. W latach 80. epizody masowego blaknięcia zaczęły dotykać całych raf i regionów często skutkując zamieraniem budujących rafy koralowców. Wiele dowodów wskazuje na to, że jest to stosunkowo nowe zjawisko, które pojawiło się w wyniku rosnących temperatur wody morskiej (Hoegh-Guldberg i in., 2017).
Katastrofalne blaknięcia w ostatnich dekadach
Ogrzewanie oceanów wraz z innymi negatywnymi procesami (np. zanieczyszczeniem) doprowadziło do tego, że około 50% tropikalnych raf koralowych zostało już utraconych. Zmniejsza się także stopień pokrycia żywymi koralowcami (madreporowymi). O ile 1000-100 lat temu wskaźnik ten dla raf Basenu Indo-Pacyficznego wynosił prawdopodobnie średnio ok. 50%, to w latach 80. było to ok. 40% i ok. 20% na początku XXI w. Jedynie ok. 2% raf tego regionu miało w 1 dekadzie XXI w. pokrycie zbliżone do historycznego (powyżej 60%).
W przypadku Wielkiej Rafy Koralowej stopień pokrycia zmniejszył się z ok. 30% w 1985 r. do ok. 15% w 2012, a 2/3 tego spadku miało miejsce po roku 1998 r. W największym stopniu przyczyniły się do tego silne cyklony, ale także masowe pojawianie się żerującej na koralowcach rozgwiazdy korona cierniowa oraz epizody blaknięcia. W przypadku raf karaibskich spadek pokrycia był jeszcze większy – z średniej ok. 55% w 1977 r. do ok. 10% w 2012 r. Tutaj oprócz sztormów duże znaczenie miało także występowanie chorób koralowców i rozrastanie się glonów spowodowane przetrzebieniem żywiących się nimi zwierząt (Bruno i Selig, 2007, De’ath i in., 2012, Hochberg i Gierach, 2021).
Dane z 2022 – za wcześnie na optymizm
Ponieważ wraz z ocieplaniem Ziemi rośnie siła cyklonów oraz ryzyko chorób i blaknięcia koralowców, naukowcy przewidywali, że także Wielka Rafa Koralowa znajduje się na ścieżce spadku pokrycia do ok. 10% w latach 20. XXI w. Tak jednak się nie stało. Co więcej, według raportu Australian Institute of Marine Science, w 2022 r. odnotowano największe pokrycie w 36 letniej historii obserwacji. W przypadku raf na północ od Cooktown wzrosło ono z 27% w 2021 r. do 36% w 2022 r., w części centralnej z 26 do 33. Spadło jedynie w części południowej – z 38 do 34%. Te obserwacje przyniosły falę optymistycznych nagłówków medialnych (np. Wieka Rafa Koralowa może przetrwać! albo Wielka Rafa Koralowa zaczyna się odradzać!) i można by je uznać za pozytywny sygnał, jeśli chodzi o stan Wielkiej Rafy Koralowej, jednak cały obraz jest dużo bardziej złożony.
Po pierwsze, AIMS dokonuje pomiarów najmniej dokładną metodą, czyli przy pomocy holowania obserwatora. Po drugie, jedynie 1/3 zbadanych raf miało stopień pokrycia zbliżony do historycznego (30-50%). Po trzecie, pojedyncze wydarzenia nie są w stanie przełamać wieloletnich trendów, a te nie są zbyt optymistyczne, tym bardziej, że „zyski” z danego roku mogą zostać łatwo utracone. Tak stało się w południowej części Wielkiej Rafy Koralowej w 2021 r. Z powodu masowego pojawiania się korony cierniowej zniszczone zostało wtedy około 1/3 pokrywy odbudowanej na przełomie 2020 i 2021 r. „To pokazuje jak wrażliwa jest Rafa na nagłe, silne zakłócenia, które pojawiają się coraz częściej i trwają dłużej” – podsumowuje prezes AIMS, dr Paul Hardisty. Dotyczy to także m.in. morskich fal gorąca (zobacz Skwar w oceanie, część 1: coraz dłuższe morskie fale gorąca, Skwar w oceanie, część 2: zamierające ekosystemy, De’ath i in., 2012, raport AIMS 2021/22).
Coraz trudniejsza regeneracja raf
Ekstremalne temperatury mogą prowadzić do zamierania całych połaci raf, jednak nawet stres cieplny, który nie prowadzi do śmierci kolonii, ma negatywny wpływ na koralowce. Jego długotrwałym skutkiem jest m.in. obserwowany od lat 90. spadek tempa wapnienia (mineralizacji) korali madreporowych na tropikalnych rafach, w tym Wielkiej Rafie Koralowej, o ok. 15-20%. Powoduje to wolniejsze rozrastanie się raf, gdyż szkieleciki zbudowane z węglanu wapnia są podstawą jej “konstrukcji”. Do tego zbyt wysokie temperatury wody pogarszają sukces reprodukcyjny koralowców i wpływają negatywnie na osiadanie ich larw.
Duże znaczenie dużych kolonii
Badania pokazują, że tam, gdzie pogarszają się warunki środowiskowe widoczny jest nieproporcjonalnie silny spadek liczby małych (młodych) kolonii. Taka sytuacja miała miejsce np. po epizodach wybielania w 2016 i 2017 r. na Wielkiej Rafie Koralowej. Liczebność małych koloni spadła wtedy gwałtownie o 55-75% w zależności od badanego miejsca. Był to efekt zamarcia dużych (“starych”) koloni. Największe kolonie są najbardziej płodne, stanowią więc podstawowe „stado lęgowe”, konieczne do uzupełniania strat w populacjach. Gdy ich brakuje, mniej jest larw i w konsekwencji młodocianych osobników, które mogłyby “uzupełnić straty” (Dietzel i in., 2020).
To już nie te same rafy
Epizody blaknięcia, a w konsekwencji zamierania części koralowców, mogą dodatkowo prowadzić do zmiany składu gatunkowego rafy. Nową pokrywę koralową mogą na początku tworzyć głównie szybko rosnące gatunki, np. z rodzaju Acropora. Ich szybkie rozrastanie powoduje zwiększanie stopnia pokrycia, dzięki czemu już rok czy dwa po zniszczeniu rafy obserwacje mogą pokazać optymistyczny trend odradzania rafy (porównaj ilustracja 5, lata 2016-2020). Problemem w tym, że Acropora są bardzo wrażliwe na uszkodzenia przez silne fale pojawiające się na skutek wichur i cyklonów. Łatwo także ulegają blaknięciu i są preferowanym pożywieniem rozgwiazd korona cierniowa. Tam gdzie dominują te korale pokrycie może więc gwałtownie się zmniejszyć. Tak stało się np.: w przypadku południowej części Wielkie Rafy Koralowej w 2021 r. (De’ath i in., 2012, Morais i in., 2021, raport AIMS 2021/22).
Fale gorąca mogą przetrwać bardziej odporne gatunki np. Turbinaria spp czy Porites spp. Są to jednak gatunki, które bardzo wolno rosną. Ekstrema mogą pogarszać także ich stan zdrowia, co jednak łatwo jest przeoczyć podczas obserwacji, ze względu na mały stopień uszkodzenia. Skutkiem będzie jednak słabsze rozmnażanie i brak młodych kolonii. Zamieranie koralowców i zaburzenia w ich rozmnażaniu będą w dłuższym terminie prowadzić do zmniejszania pokrycia, złożoności, różnorodności i żywotności zgrupowań koralowców. Rafy będą się coraz bardziej zmieniać,a możliwość ich regeneracji – pogarszać.
Kolejne zagrożenie: odtlenienie oceanu
Co więcej, nie tylko wysokie temperatury czy zakwaszanie zagrażają koralom. Pod koniec września 2010 r. w Bocas del Toro na karaibskim wybrzeżu Panamy po raz pierwszy udokumentowano skutki warunków beztlenowych dla raf. Wysokie temperatury wody, słabe wiatry oraz wysoki poziom eutrofizacji i zanieczyszczenia składnikami organicznymi w zatoce Almirante doprowadziły do lokalnego odtlenienia wody. Skutkiem tego zdarzenia było zamarcie praktycznie wszystkich kolonii korali od głębokości 10-12 m do dna rafy – rafa została zniszczona właściwie w przeciągu kilku dni. Co gorsza kolonie nie zregenerowały się po tym zdarzeniu i zmienił się skład gatunkowy rafy (zobacz też: Niedoceniany problem pod powierzchnią oceanów) (Cant i in., 2020, Dietzel i in., 2020, Johnson i in., 2021, Morais i in., 2021).
Kiepskie prognozy dla tropików
Dowody na to, że rafy koralowe są w stanie adaptować się w tempie wystarczającym by dotrzymać kroku gwałtownemu ocieplaniu i zakwaszaniu oceanów są minimalne. Szczególnie jeśli weźmie się pod uwagę to, że koralowce są długowieczne a tempo ich ewolucji niezwykle powolne. Twierdzenie, że tropikalne rafy koralowe będą migrować na wyższe szerokości, gdy temperatury wody będą tam rosły, jest również bezpodstawne, choć część gatunków tropikalnych faktycznie może się tam pojawiać (patrz np. Koralowce w pułapce). Będą one jednak najprawdopodobniej rzadkie w regionach podzwrotnikowych i w dużej mierze zależne, jeśli chodzi o larwy potrzebne do budowy nowych kolonii, od dużych kolonii tropikalnych (Hoegh-Guldberg i in., 2017, Cant i in., 2020).
Prognozy opierające się na aktualnym tempie emisji gazów cieplarnianych wskazują, że przy ociepleniu o ok. 1,5°C 70-90% koralowców budujących tropikalne rafy zginie. W regionach występowania tych ekosystemów pojawią się nowe prowincje biogeochemiczne, gdzie panujące warunki będą sprzyjać raczej niewielkiej grupie organizmów.
Największe ryzyko dotyczy regionu Indo-Pacyficznego, gdzie znajduje się m.in. Wielka Rafa Koralowa. Naukowcy z zespołu Christophera Trisosa wskazują, że co najmniej 90% gatunków we wszystkich społecznościach tego regionu będzie narażone na bezprecedensowe dla nich temperatury jeszcze przed 2100 r.. Będzie to miało ogromny wpływ na bioróżnorodność i usługi ekosystemowe zarówno na lądach jak i w morzach.
Choć nie ma pewności, gdzie znajdują się „bezpieczne” granice utraty gatunków pozwalające utrzymać dalej funkcje ekosystemów, to metaanalizy sugerują, że spadek o 20% różnorodności gatunkowej może być jednym z możliwych progów (patrz Nagłe załamywanie się ekosystemów – kiedy nastąpi?). Tropikalne rafy koralowe mogą łatwo zbliżyć się w przyszłości do tego progu. Tym bardziej, że w przypadku kontynuowania obecnego tempa emisji w przeciągu najbliższych 30 lat nastąpi nagła zmiana warunków środowiskowych w miejscu życia wielu organizmów na takie, co do których nie istnieje praktycznie żadna wiedza dotycząca tego, czy dadzą radę w nich przetrwać. Jeśli obejmie to gatunki siedliskotwórcze, takich jak koralowce madreporowe, to los całych ekosystemów będzie zagrożony, nawet jeśli próg 20% nie zostanie przekroczony (wkrótce przeczytasz o tym w naszym kolejnym arykule) (Trisos i in., 2020, Howells i in., 2021, Lotterhos i in., 2021).
Komentarz eksperta
Jak tłumaczy Nauce o klimacie prof. Jan Marcin Węsławski (Instytut Oceanologii Polskiej Akademii Nauk):
Sprawa stanu Wielkiej Rafy Barierowej w Australii jest tematem w równym stopniu z zakresu ochrony środowiska jak i polityki. Jak na kraj cywilizowany i zamożny, Australia wykazuje się bardzo słabym rozpoznaniem swego największego zasobu przyrodniczo turystycznego. Ogromne środki przeznaczane są na punktowe badania i nowe zagadnienia, bez nowoczesnego systemu przestrzennego rozpoznania stanu rafy.
Część poważnych badaczy Rafy wykazuje optymizm – być może motywowany politycznie, inni są bardziej sceptyczni, ale główny problem pozostaje bez zmian – mamy zjawisko „data deficit” powszechne w badaniach dużych środowisk przyrodniczych. Wśród ludzi zajmujących się ochroną środowiska dominuje podejście „precautionary approach” czyli ostrożnościowe, zakładające przyjmowanie najpierw najgorszego scenariusza.
Niestety, w porównaniu z badaniami klimatu (gdzie rządzą znane prawa fizyki i chemii) badania ekosystemów są o wiele rzędów wielkości bardziej złożone – bo ilość stopni swobody elementów składowych jest praktycznie niepoliczalna (fizyka +chemia+struktura bio + fizjologia + behawior).
Rafy, które mają szansę przetrwać
Płytko położone tropikalne rafy koralowe, choć są najbardziej znane, nie są jednak jedynymi rafami na świecie. Na większych głębokościach (40-150 m) w wielu regionach znajdują się tzw. rafy mezofotyczne (słabo oświetlone, „rafy cienia”). Pokrywają one prawdopodobnie obszar podobny do tego, który zajmują przypowierzchniowe rafy w ciepłych wodach. Rafy cienia gromadzą węglan wapnia w dużo mniejszym tempie od tropikalnych (o ile w ogóle go gromadzą), gdyż przy niskim poziomie oświetlenia, niszczenie i rozpuszczanie przewyższa jego produkcję (zobacz też: Mit: Wzrost emisji CO2 nie ma wpływu na oceany). Takie ekosystemy są jednak, podobnie jak rafy zbudowane z węglanu wapnia, ważnym środowiskiem życia dla wielu organizmów, w tym gatunków istotnych z gospodarczego punktu widzenia. Wciąż są też na nich odkrywane nowe gatunki, gdyż rafy te są zazwyczaj trudno dostępne (Hoegh-Guldberg i in., 2017).
Rafy cienia na południowym Atlantyku
Szczególnym przykładem są rafy występujące na południowym Atlantyku. Mają one cechy, które powodują, że są mniej narażone na blaknięcie niż rafy z Oceanu Indyjskiego i Spokojnego:
- rozmieszczenie na większych głębokościach – średnia maksymalna głębokość występowania 70 m,
- większa tolerancja na mętną wodę, prawie 60% gatunków występuje w takich warunkach,
- większa tolerancja na wyższe stężenie składników odżywczych, ponieważ koncentracja związków azotu jest naturalnie podwyższona w południowym Atlantyku,
- bardziej odporna na zniszczenie budowa, dominują formy masywne, stanowiące ok. 2/3 gatunków,
- bardziej elastyczne związki symbiotyczne: różne gatunki korali mogą się wiązać z różnymi symbiotycznymi glonami, w przeciwieństwie np.: do Wielkiej Rafy Koralowej, gdzie dużo gatunków preferuje określonego glona.
Dzięki temu śmiertelność koralowców na skutek blaknięcia jest na południowym Atlantyku o ok. 60% mniejsza niż w Basenie Indo-Pacyficznym i o ok. 50% w porównaniu do Karaibów.
Południowy Atlantyk jest do tego w mniejszym stopniu narażony na morskie fale gorąca niż inne regiony Wszechoceanu. Największe rafy tego regionu znajdują się na wokół Archipelagu Abrolhos, gdzie napływają chłodne wiry prądów morskich zmniejszające ewentualny stres termiczny. Kombinacja bardziej odpornych gatunków i mniejszej liczby fal gorąca powoduje, że rafy południowoatlantyckie, które w sumie rozciągają się na długości ok. 3000 km, są postrzegane przez naukowców jako pewnego rodzaju schronienie, gdzie wiele gatunków koralowców może przetrwać nawet w przypadku bardzo dużego wzrostu globalnej temperatury (Mies i in., 2020).
Zimnowodne rafy koralowe
Dużo głębiej od raf cienia (nawet do 3000 m pod powierzchnią wody) można znaleźć tzw. zimnowodne rafy koralowe. Szczególnie duże rafy zimnowodne (zajmujące obszar ok. 2 000 km2 i mające nawet powyżej 8 tys. lat), zostały odkryte w ostatnich dekadach w wodach u wybrzeży Norwegii, znajdują się jednak one we wszystkich oceanach świata. Tworzące je koralowce nie żyją w symbiozie z glonami, ale wyłapują cząsteczki organiczne z wody. Bytują tu przede wszystkim gatunki budujące szkieleciki z węglanu wapnia, rafy te są więc wrażliwe na spadek pH wody.
Wiele głębokowodnych koralowców (np.: korale madreporowe z rzędu Alcyonacea (korkowce)) ma niezwykle niskie tempo odtwarzania, przez co regeneracja tych raf po zakłóceniach antropogenicznych jest bardzo powolna. Rafom tym zagrażają m.in. połowy przy pomocy trału dennego, poszukiwanie i wydobywanie węglowodorów, górnictwo podwodne, kładzenie kabli i rur, zanieczyszczenie wody i zrzut śmieci. W przyszłości można się niestety spodziewać nasilenia szkodzących im aktywności ludzi, jednak część z raf ma szansę trwać dalej nawet mimo zachodzącej zmiany klimatu (Hoegh-Guldberg i in., 2017).
Rafy w warunkach ekstremalnych
„Ostatnim bastionem” koralowców mogą być także środowiska ekstremalne. Żywe kolonie są znajdowane m.in. u ujścia podmorskich źródeł w wodach koło Półwyspu Jukatan (Meksyk), gdzie pH spada do 7,7. Koralowce żyjące w Zatoce Perskiej są natomiast w stanie przetrwać temperatury wody sięgające 35oC, dzięki wysokiej odporności na stres oksydacyjny i dzięki tolerującym gorąco endemicznym gatunkom glonów, z którymi żyją w symbiozie.
Te cechy skłoniły zresztą naukowców do tworzenia hybryd w przypadku niektórych gatunków z odmianami z Oceanu Indyjskiego. Chciano sprawdzić, czy hybrydy lepiej sobie poradzą od lokalnych osobników z rosnącymi temperaturami wody tego akwenu. Wyniki eksperymentów były obiecujące, jednak naukowcy zastrzegli, że w naturalnych warunkach może on się nie powieść. Poleganie na sztucznych metodach rozmnażania koralowców czy ich „nasadzaniu” nie będzie miało znaczącego wpływu na przetrwanie raf. Dużo ważniejsza jest ochrona bioróżnorodności pozwalająca utrzymać jak największy „zasobnik” genotypów odpornych na różne środowiskowe stresy (Camp i in., 2018, Howells i in., 2021).
Rafy NIE mają się coraz lepiej
Choć różne medialne doniesienia mogą wywoływać wrażenie, że tropikalne rafy koralowe mają szansę przetrwać do końca XXI w., to dane gromadzone przez naukowców wskazują, że jest to mało prawdopodobne przy obecnym tempie emisji gazów cieplarnianych. Nasze wnuki nie będą miały raczej szansy zachwycać się bogactwem Wielkiej Rafy Koralowej podczas snorkelingu. Pocieszającym dla nas faktem może być to, że w głębinach zapewne przetrwają inne rafy, o ile nie zniszczymy ich eksploatując bez umiarkowania naturalne bogactwa oceanów.
Anna Sierpińska, konsultacja merytoryczna prof. Jan Marcin Węsławski
Fajnie, że tu jesteś. Mamy nadzieję, że nasz artykuł pomógł Ci poszerzyć lub ugruntować wiedzę.
Nie wiem, czy wiesz, ale naukaoklimacie.pl to projekt non-profit. Tworzymy go my, czyli ludzie, którzy chcą dzielić się wiedzą i pomagać w zrozumieniu zmian klimatu. Taki projekt to dla nas duża radość i satysfakcja. Ale też regularne koszty. Jeśli chcesz pomóc w utrzymaniu i rozwoju strony, przekaż nam darowiznę w dowolnej wysokości