Ekstremalne fale morskich upałów z ostatnich dwóch dekad (o których więcej przeczytasz w tekście Skwar w oceanie, część 1: coraz dłuższe morskie fale gorąca) stały się pewnego rodzaju naturalnymi eksperymentami pokazującymi skutki ocieplania oceanów dla morskich organizmów. Pozwalają wejrzeć w przyszłość, w której średnie temperatury powierzchni morza zbliżą się do tych, które notowane są obecnie tylko podczas fal gorąca. 

Ilustracja 1. Badacze planują sekcję humbaka wyrzuconego na brzeg Wyspy Killisnoo w Alasce. Zdjęcie: NOAA Fisheries, zgoda 18786.

Morskie ekosystemy stoją obecnie w obliczu szeregu zagrożeń, w tym przełowienia, zakwaszania i zanieczyszczenia plastikiem, ale okresy ekstremalnych temperatur mogą powodować gwałtowne, znaczne zmiany ekologiczne prowadzące do utraty ekosystemów, lokalnego wymierania, zredukowanych połowów i zmian w sieciach pokarmowych. 

Głównym problemem jest to, że oceany znacznie ogrzały się w wyniku antropogenicznej zmiany klimatu, więc morskie fale gorąca stają się częstsze i najprawdopodobniej zintensyfikują się w najbliższych dekadach. Tak jak atmosferyczne fale upałów mogą niszczyć uprawy, lasy i [przetrzebić] populacje zwierząt, morskie fale gorąca mogą dewastować ekosystemy w oceanach.

mówi dr Dan Smale, badacz w brytyjskim Marine Biological Association.

Według Davida Diaza z Hiszpańskiego Instytutu Oceanograficznego, morskie fale gorąca są wręcz „odpowiednikiem podmorskich pożarów, w których fauna i flora ginie tak jakby została spalona” (zobacz też: Skwar w oceanie, część 1: coraz dłuższe morskie fale gorąca).  

Badania pokazują, że morskie fal gorąca powodują m.in:

  • zamieranie lasów wodorostów,
  • bielenie raf koralowych,
  • spadek ilości fitoplanktonu na powierzchni oceanów ze względu na zwiększoną stratyfikację (uwarstwienie) wody, 
  • mniejszą produktywność biologiczną morskich ekosystemów,
  • masową śmierć morskich bezkręgowców na skutek stresu cieplnego,
  • gwałtowne, duże zmiany zasięgów gatunków roślin oraz zwierząt i związane z tym zmiany struktur morskich społeczności,
  • nieodwracalne zmiany fizjologiczne w organizmach,
  • zmiany w zachowaniu zwierząt.

Skutki fal gorąca mogą być do tego odczuwane przez morskie ekosystemy jeszcze wiele miesięcy, a nawet lat po zakończeniu tego zdarzenia (Frölicher i in., 2018, Oliver i in., 2018, Juza i in., 2022).

Ilustracja 2. Koral szlachetny, wybrzeże Francji. Zdjęcie: Christophe Quintin/flickr, licencja: CC BY-NC 2.0

Blada przyszłość korala szlachetnego

Jednym z pierwszych zdarzeń, którego skutki dla morskich organizmów udokumentowano, była trwająca około miesiąca fala gorąca w 2003 r. w północno-zachodniej części Morza Śródziemnego. Temperatury wody przekraczały wtedy wieloletnią średnią o ok. 3°C. Doprowadziło to do masowego zamierania organizmów żyjących na dnie m. in. koralowców takich jak koral szlachetny czy Paramuricea clavata, tworzących siedliska będące domem około 10% śródziemnomorskich gatunków roślin i zwierząt. Badania przeprowadzone w 15 lat po tym wydarzeniu pokazały, że koralowce te nie zregenerowały się, prawdopodobnie także z powodu kolejnych fal upałów (w latach 2009, 2016 i 2018). Wręcz  przeciwnie – część kolonii znalazła się na skraju lokalnego wyginięcia. Cristina Linares, profesorka na Wydziale Biologii Uniwersytetu w Barcelonie wskazuje, że

podczas tych fal upałów warunki temperaturowe na badanych obszarach osiągnęły ekstremalne poziomy, które są niezgodne z wymaganiami życiowymi tych koralowców, co prawdopodobnie spowodowało nowe epizody wymierania zdziesiątkowanych populacji, uniemożliwiając [im] regenerację. 

Morska fala gorąca w 2022 r., podczas której temperatury wody już w czerwcu i lipcu były w niektórych miejscach wyższe od średnich o 6oC na pewno będzie kolejnym zdarzeniem negatywnie wpływającym na te organizmy. 

Choć przyszłość niektórych gatunków koralowców z Morza Śródziemnego wygląda kiepsko, to naukowcy wskazują, że istnieją obszary, gdzie z powodu różnych czynników ekstremalne zdarzenia będą pojawiać się rzadziej. Ochrona tych miejsc pozwoliłaby stworzyć pewnego rodzaju azyle, gdzie koralowce mogłyby mieć większe szanse  na regenerację, a tym samym możliwe byłoby ich dłuższe przetrwanie (Frölicher i in., 2018, Gómez-Gras i in., 2021. Juza i in., 2022).  

Ilustracja 3. Anomalia temperatury powierzchni Morza Śródziemnego 19 lipca 2022. Źródło: Copernicus Marine Environment Monitoring Service

Martwe rafy koralowe w tropikach

Podobnie mało optymistyczna przyszłość rysuje się przed koralowcami tworzącymi płytkowodne tropikalne rafy. Ich blaknięcie powodują kilkutygodniowe okresy (zazwyczaj 4-8 tygodni), gdy woda jest cieplejsza niż średnia temperatura powierzchni w lecie. Morskie fale gorąca bez wątpienia więc przyczyniają się do tych epizodów. Co więcej, ze względu na ich zwiększoną częstotliwość, do wybielania raf koralowych dochodzi obecnie statystycznie co 6 lat (w  latach 80. było to 25-30 lat), gdy tymczasem okres ich regeneracji przekracza 10 lat. Brak możliwości regeneracji oznacza w nadchodzących dekadach coraz większe pogarszanie stanu zdrowia raf koralowych, tym bardziej, że nawet koralowce, które nie straciły zooksantelli (nadających im kolor jednokomórkowych glonów, z którymi żyją w symbiozie) są osłabione w wyniku stresu cieplnego i podatne na choroby. 

Obecnie żywe koralowce zajmują połowę obszaru w porównaniu do lat 50. Eksperci zgadzają się co do tego, że rafy koralowe, które przetrwają do końca XXI w. będą jedynie w niewielkim stopniu przypominać te, które żyją obecnie. Punkt krytyczny raf koralowych został bowiem przekroczony już w latach 80. XX w., gdy stężenie CO2 w atmosferze osiągnęło ok. 350 ppm. Wynika to z faktu, że odpowiedź oceanów na dany poziom skumulowanych emisji gazów cieplarnianych jest opóźniona o kilka dekad. Dopiero teraz widzimy więc skutki zmian, które zostały „zafiksowane” ponad 40 lat temu. 

Natychmiastowe zmniejszenie emisji ograniczyłoby jednak niszczenie części raf koralowych w długim terminie, tym bardziej, że  wpłynęłoby także na intensywność morskich fal gorąca. W przypadku raf na Oceanie Spokojnym pozytywne efekty widoczne byłyby już w pierwszej połowie tego wieku. (zobacz: Skwar w oceanie, część 1: coraz dłuższe morskie fale gorąca) (Ruthrof i in., 2018, raport Global Environment Outlook 6, 2019, raport IPCC „Oceany i kriosfera w zmieniającym sie klimacie”, 2019, Eddy i in., 2021).

Ilustracja 4. Badacze z Uniwersytetu Stanowego Arizony wykonują pomiary żywych i zamierających koralowców na rafie w Hawajach.Źródło: Arizona State University

Ginące  lasy wodorostów

Koralowce i wodorosty, to tak zwane gatunki tworzące siedliska: dzięki nim powstaje środowisko życia dla innych organizmów, którym dostarczają pożywienia i schronienia. Ich odporność na zmianę klimatu, w tym możliwość odtwarzania się, ma więc kluczowe znaczenie dla przetrwania przez ekosystemy morskie różnych zaburzeń w dłuższym terminie. Niestety obserwacje pokazują, że nie tylko koralowce źle znoszą morskie fale gorąca.

Fala gorąca na początku 2011 r. na zachodnim wybrzeżu Australii, gdy anomalie temperatury powierzchni wody osiągały w niektórych miejscach nawet 5°C, doprowadziła m.in. do  masowej śmierci ryb. Z upływem czasu ujawniały się jednak także inne konsekwencje tego zdarzenia. Jedną z nich było zniknięcie lasów wodorostów wzdłuż setek kilometrów wybrzeża od Kalbarri do Perth. 

Analiza przeprowadzona 2 lata później pokazała, że porośnięty przez nie obszar skurczył się o ok. 40%. Pojawienie się w 2011 r. w przybrzeżnych wodach tropikalnych ryb i bezkręgowców, zmodyfikowało skład gatunkowy lokalnych zgrupowań. Ograniczyło to możliwość odtworzenia tych lasów i zostały one zastąpione na części wybrzeża innego rodzaju siedliskiem. Śmierć morskich roślin podczas tej fali gorąca spowodowała także uwolnienie znacznej ilości węgla organicznego do atmosfery oraz zmiany w ekosystemach „rozlewające się” w górę łańcuchów pokarmowych (zobacz też: Skwar w oceanie, część 1: coraz dłuższe morskie fale gorąca) (Pearce i in., 2011, Pearce i Feng, 2013, Wernberg i in., 2016, raport IPCC „Oceany i kriosfera w zmieniającym się klimacie”, 2019, Viglione, 2021). 

Ilustracja 5. Rafa w okolicach Kalbarri przed (lewe zdjęcie) i po (prawe zdjęcie) morskiej fali gorąca w 2011 r. Przed falą rafy były gęsto porośnięte wodorostem Ecklonia radiata, po fali gorąca  wodorosty zniknęły i rafa pokryła się glonami (np.: Lobophora sp. i gronorostami). Źródło: Wernberg, 2021

Jedną z ofiar tych zmian stały się butlonosy indyjskie, których lokalna populacja skurczyła się o ok. 10%. Zmniejszyła się także liczba rodzących się młodych. Z powodu masowego ginięcia bezkręgowców i ryb, które utraciły swoje miejsca do życia, delfinom po prostu zaczęło brakować pożywienia. Choć delfiny mają wysokie zdolności adaptacyjne – wykazują wysoki stopień plastyczności zachowań – to nawet one mogą przystosować się do zmian tylko gdy są one powolne. Jednak morska fala gorąca to – z punktu widzenia ekosystemów – zjawisko gwałtowne. Niedożywienie było również powodem spadku liczby lęgów pingwinów małych (z dwóch do jednego rocznie) oraz słabej kondycji piskląt w kolonii zamieszkującej Wyspę Pingwinią, leżącą na zachodnim wybrzeżu Australii (Pearce i in., 2011, Wild i in., 2019).

Ilustracja 6. Butlonosy indyjskie w Zatoce Rekina, zdjęcie: Julie Burgher/flickr, licencja: CC BY-NC 2.0.

Ofiary morskiego gorąca: ryby, ptaki, wieloryby…

Brak odpowiedniego pożywienia był także podstawową przyczyną wysokiej śmiertelności różnych gatunków zwierząt w przypadku rekordowej morskiej fali gorąca w 2014-2016 r. na wschodnim Pacyfiku (tzw. The Blob). W jej trakcie maksymalna anomalia temperatury powierzchni wody w stosunku do 1981-2010 osiągała lokalnie i czasowo ponad 6 stopni (np. zimą 2015/2016 w Zatoce Alaski). Interakcje pomiędzy ciepłym oceanem a atmosferą doprowadziły m.in. do stłumienia silnych wiatrów, co osłabiło wynoszenie na powierzchnię zimniejszych wód z głębin (zobacz też: Skwar w oceanie, część 1: coraz dłuższe morskie fale gorąca) (Cornwall, 2019 , raport IPCC „Oceany i kriosfera w zmieniającym się klimacie”, 2019).

Ilustracja 7. Ewolucja w czasie morskich ekstremów na przykładzie „Bloba”, obszar oceanu 20° N–60° N, 115° W–155° W. Zdarzenie jest uwzględnione w tych wyliczeniach gdy co najmniej 1/4 100 m kolumny wody ma wartości uznawane za ekstremalne dla danej właściwości (np.: odtleniania) (okres odniesienia 1986-016).
Źródło: Gruber i in., 2021 

Wysokie temperatury wody, a tym samym utrzymujące się jej uwarstwienie i brak dopływu składników odżywczych z głębin, spowodowały spadek biomasy fitoplanktonu (o związku wysokich temperatur z uwarstwieniem oceanu przeczytasz w tekście Coraz większe rozwarstwienie oceanu). Pociągnęło to za sobą zniknięcie części żywiących się nim gatunków zooplanktonu, będących z kolei pokarmem mniejszych ryb. W roku 2015 odnotowano m.in. najmniejszą liczebność  kryla w 18-letniej historii obserwacji. 

Jednocześnie wraz ze wzrostem temperatury wody zwiększa się tempo metabolizmu zwierząt zmiennocieplnych, w tym ryb, a tym samym ich zapotrzebowanie energetyczne. Szacuje się, że ocieplenie wody w Zatoce Alaski o 2°C zwiększyło potrzeby pokarmowe głównych gatunków żyjących tu ryb drapieżnych sumarycznie o ponad 60%. Dodatkowo skutki fali gorąca mogą być wzmacniane przez zakwaszanie wody i ubytek tlenu. Aby chronić się przed negatywnymi oddziaływaniami tych zjawisk zwierzęta potrzebują dodatkowej energii z pożywienia. Zwiększone żerowanie drapieżnych ryb doprowadziło w konsekwencji do dalszego przetrzebienia ławic mniejszych ryb, które i tak były w słabszej kondycji z powodu niedożywienia. Ta sytuacja odbiła się bardzo negatywnie na rybożernych ptakach i ssakach morskich. Z głodu zginęło m.in. około 1 mln nurzyków zwyczajnych (ok. 1 /5 ich populacji). Są to najbardziej powszechne rybożerne ptaki rozmnażające się na półkuli północnej. Choć na ogół świetnie sobie radzą, takie ekstremalne sytuacje jak The Blob pokazały, że także one mają wyraźne granice możliwości przetrwania (Cornwall, 2019 , Piatt i in., 2020).

Ilustracja 8. Martwe nurzyki zwyczajne wyrzucone na plaże Alaski, fot. David B. Irons, licencja: CC BY 4.0

To wymieranie nurzyków było bezprecedensowym wydarzeniem na skalę światową jeśli chodzi o wielkość, rozległość i czas trwania. Dla porównania: w wyniku wycieku ropy naftowej ze statku Exxon Valdez w 1989 r. u wybrzeży Alaski zginęło szacunkowo 300 000 – 645 000 ptaków  morskich (z czego 3/4 to były nurzyki zwyczajne). Oprócz nurzyków ofiarami The Bloba padły dziesiątki lub setki tysięcy innych ptaków takich jak maskonury złotoczube czy nurniczki ciemne a także setki do tysięcy młodych uchatek kalifornijskich i wiele kotików meksykańskich. 

Na plażach Alaski i Kolumbii Brytyjskie znaleziono 79 długopłetwców i płetwali zwyczajnych wyrzuconych na brzeg (rekordowa liczba w historii obserwacji). Letnia populacja długopłetwców była w tych regionach w 2018 r. ponad 50% mniejsza niż 2013 r., obserwowano „kościste”, zagłodzone wieloryby, a w  latach 2014–2018 praktycznie nie pojawiły się żadne młode w Zatoce Lodowców (Cornwall, 2019 , Piatt i in., 2020).  Julia Parrish, profesorka Uniwersytetu Waszyngtońskiego, podsumowuje: 

Wszystko to – także masowe  zgony nurniczków zwyczajnych i  maskonurów złotoczubych – pokazuje, że świat cieplejszych oceanów to bardzo inne środowisko i bardzo inne ekosystemy wybrzeży dla wielu morskich gatunków

Ilustracja 9. Wychudzone szczenię uchatki kalifornijskiej na plaży w południowej części Kalifornii.
Zdjęcie: Jim Milbury/NOAA Fisheries

Toksyczne glony

Sytuację zwierząt w czasie „The Bloba” pogorszył jeszcze największy w historii zakwit toksycznych gatunków okrzemek (Pseudo-nitzschia) od  Kalifornii aż do Alaski w 2015 r. Produkowane przez nie toksyny takie jak saksitoksyna i kwas domoikowy przedostają się do łańcucha pokarmowego i są często wykrywane w organizmach szczytowych drapieżników morskich. W 2015 r. odnotowano rekordową obecność kwasu domoikowego w ssakach morskich i owocach morza. Związek kumulował się w m.in. sardelach, będących głównym pożywieniem nurzyków zwyczajnych. Choć nie było to główną przyczyną ich wysokiej śmiertelności, to na pewno przyczyniło się do pogarszania ich stanu zdrowia. Mogło mieć to też wpływ na długopłetwce, które także żerowały na sardelach (Zobacz też: Urlop z sinicami) (Cavole i in., 2016 , raport IPCC „Oceany i kriosfera w zmieniającym się klimacie”, 2019, Piatt i in., 2020, Santora i in., 2020).

Ilustracja 10. Pracownicy NOAA uwalniają z sieci rybackiej wala szarego, wybrzeże Kalifornii. Źródło: NOAA Fisheries/Marine Mammal Health and Stranding Response Program, licencja CC BY-NC-ND 2.0.

Wojna o homary

Wysokie stężenie kwasu domoikowego w owocach morza spowodowało m.in. zamknięcie łowisk krabów od Waszyngtonu do Kalifornii. Wynikające z tego straty gospodarcze wyniosły od roku 2015 do lutego 2016 ok. 48 mln dolarów. Również rybołówstwo dalekomorskie odczuło konsekwencje „Bloba”, np. w Zatoce Alaski i na Morzu Beringa spadła kondycja i -w przypadku niektórych gatunków- także liczebność ważnych gospodarczo ryb drapieżnych takich jak dorsze czy halibuty. 

Ogólnie szacuje się, że z powodu ocieplenia oceanów połowy ryb spadły między rokiem 1930 a 2010 o ok. 15-35% w zależności od regionu. Straty gospodarcze z tym związane mogą dodatkowo rosnąć w wyniku morskich fal gorąca. Na przykład straty w połowach sardeli peruwiańskiej mogą sięgnąć według prognoz 600 milionów dolarów rocznie w połowie XXI w.. Szacuje się, że obecnie każde pojedyncze zdarzenie tego typu powoduje globalnie straty bezpośrednie przekraczające 800 mln dolarów i pośrednie powyżej 3,1 mld dolarów rocznie przez kilka lat. Spory gospodarcze z tego wynikające mogą prowadzić nawet do wzrostu napięć między państwami – najbardziej znanym przykładem są konflikty między USA i Kanadą dotyczące połowów homarów (zobacz też film Lobster War) (Mills i in., 2013, Cavole i in., 2016, Piatt i in., 2020, Cheung i in., 2021, Smith i in., 2021).

Ilustracja 11. a) Martwe małże Mytilus spp. na wybrzeżu wyspy Vancouver, lipiec 2021. Zdjęcie: Christopher Harley/Uniwersytet Kolumbii Brytyjskiej, za zgodą autora. b) obrazy z kamery termowizyjnej wykonane na brzegu pokrytym małżami, skala w oC, Lighthouse Park,Vancouver, 28 czerwca 2021.Zdjęcia: Carter Burtlake /Uniwersytet Kolumbii Brytyjskiej, za zgodą autora.

Ocieplenie oceanów i morskie fale gorąca wpływają na liczebność, śmiertelność, wzrost i fenologię morskich organizmów. Według szacunków na każdy 1°C globalnego ocieplenia biomasa morskich organizmów spada o ok. 5%. Ponieważ poszczególne gatunki w różnym stopniu radzą sobie ze zmieniającymi się warunkami środowiskowymi, przekształcaniu ulegają całe lokalne ekosystemy (Lotze i in., 2019). 

Naukowcy oceniają, że przy ociepleniu o 2–3,5°C intensywność, częstotliwość, czas trwania oraz zasięg przestrzenny morskich fal gorąca spowoduje bezprecedensowe i nieodwracalne zmiany w funkcjonowaniu i stabilności morskich ekosystemów. Może to prowadzić do pustoszenia całych fragmentów oceanów, które będą tracić możliwość świadczenia usług ekosystemowych takich jak sekwestrowanie (wychwyt i składowanie) węgla organicznego czy dostarczanie pożywienia dla ludzi (Oliver i in., 2018, Free i in., 2019). 

Jak to może wyglądać można było się przekonać np.  podczas fali gorąca w Kanadzie w czerwcu i lipcu 2021 r. Kombinacja wysokich temperatur powietrza oraz wód przybrzeżnych doprowadziła do zdziesiątkowania morskich bezkręgowców w tym małży tworzących siedliska. Na samym wybrzeżu wyspy Vancouver zginęła tak ogromna liczba bezkręgowców, że odtworzenie populacji niektórych gatunków małży czy rozgwiazd może zająć nawet dekadę. Biorąc pod uwagę, że zarówno morskie jak i atmosferyczne fale gorąca stają się częstsze, rodzi to pytanie, czy jest w ogóle szansa by te ekosystemy kiedykolwiek wróciły do pierwotnego stanu. W Zatoce Alaski część populacji roślin i zwierząt nadal daleko jest od kondycji, którą miały przez Blobem, a w niektórych miejscach Zatoki ekosystemy już uległy trwałemu przekształceniu (Mills i in., 2013, Suryan i in., 2021, Weitzman i in., 2021, Gabriele i in., 2022). 

W związku z nasilającym się globalnym ociepleniem, fale morskich upałów robią się coraz częstsze i coraz bardziej dotkliwe. Warto przy tym pamiętać, że rzadko są jedynym obciążeniem dla poszczególnych ekosystemów. Często nakładają się na inne problemy, np. zanieczyszczenie, rabunkową gospodarkę człowieka, zakwaszenie oceanu. Współwystępowanie tych czynników może powodować, że ekosystem, który poradziłby sobie z jednym z nich, ulega jednak degradacji.

Anna Sierpińska, konsultacja merytoryczna: prof. Jan Marcin Węsławski