Portaalsite voor de échte zeeaquariaan

Kalkafzetting van koralen neemt af

Wetenschappers vonden eind 2008 dat koraalgroei op het Groot Barrièrerif afneemt in een mate die de afgelopen 400 jaar niet is voorgekomen. De opwarming van de aarde en de verzuring van de oceanen zijn opnieuw aangewezen als mogelijke oorzaken van deze achteruitgang.

AIMS wetenschappers vonden dat de kalkafzetting van de massieve koraalsoort Porites met 14.2% is afgenomen sinds 1990, wat de afgelopen 400 jaar niet is voorgekomen¹. Opwarming van de aarde en verzuring van de oceanen zijn opnieuw hoofdverdachten achter deze teruggang. AIMS, het Australische Instituut voor Mariene Wetenschappen, is een gerespecteerd onderzoeksinstituut waar topwetenschappers onze oceanen bestuderen. In November 2008 hebben AIMS wetenschappers hun laatste ontdekking in het gerenommeerde wetenschappelijke blad Science gepubliceerd.

Figuur 1:

De wetenschappers namen 328 monsters van Porites koralen op 69 verschillende locaties op het Groot Barrièrerif (foto: Google Earth).

De marien biologen bestudeerden een uitgebreide collectie van 328 monsters afkomstig van het Groot Barrièrerif. Zij vergeleken verschillende groei-parameters van de koraalmonsters over een lange periode tussen 1572 tot 2005. De biologen bestudeerden de hoeveelheid kalkafzetting opgeslagen in de monsters (zowel dichtheid als lineaire groei), vergelijkbaar met het bestuderen van jaarringen van bomen. Ze stelden vast dat kalkafzetting met 14,2% afnam tussen 1990 en 2005 (fig.2). In 1990 was deze afname slechts 0,3%, maar in 2005 viel de lineaire groei met 1,5% terug in een enkel jaar. Wanneer een lange periode van 1572 tot 2001 werd bekeken, werd een stijging van de kalkafzetting tussen 1700 en 1850 en een afname sinds 1960 gevonden.

"De kalkafzetting van Porites koralen op het Groot Barrièrerif nam met 14,2% af tussen 1990 en 2005"

Figuur 2: Variatie in kalkafzetting (in gram per vierkante centimeter per jaar) van Porites koralen over een bepaalde tijd. Kalkafzetting werd beschouwd als een combinatie van extensie (centimeters per jaar) en dichtheid (gram per kubieke centimeter). Deze gegevens zijn gebaseerd op data over 1900-2005 van alle kolonies. Kalkafzetting nam af met 14,2%, van 1,76 g/cm²/jaar tot 1,51 g/cm²/jaar (aangepast uit De’ath et al, Science, 2008).

Volgens de wetenschappers is de gemeten afname waarschijnlijk te wijten aan de toename van de watertemperatuur en de verzuring van de oceaan. Sinds de 19^e eeuw verbrandt de mens fossiele brandstoffen, en dit is enorm toegenomen tijdens de vorige eeuw. Dit heeft geleid tot een sterke stijging van de atmosferische CO₂-concentratie, van 280 tot 387 delen per miljoen (36%). Ongeveer 20% van het uitgestoten CO₂ is opgenomen door de oceanen, die daarmee het opwarmen van de aarde deels hebben gemaskeerd. Helaas ontstaan bij het oplossen van CO₂ in water waterstofdeeltjes, waardoor de pH-waarde daalt. Als de pH van zeewater afneemt, verandert dit een essentieel chemisch evenwicht (fig.3). Hoe lager de pH, hoe lager de concentratie carbonaationen (CO₃^2-). Dit wordt ook wel de “aragoniet-verzadiging” genoemd, omdat het uitdrukt hoeveel carbonaationen beschikbaar zijn voor het aanmaken van het koraalskelet, wat uit aragoniet bestaat (een vorm van calciumcarbonaat).

Bij een daling van de pH-waarde worden carbonaationen omgezet in bicarbonaationen, wat meer ruime creëert voor nieuwe carbonaationen (fig.3). Dit is de reden waarom kalkafzetting afneemt, aangezien het steeds moeilijker wordt voor deze koralen om calciumcarbonaat (CaCO₃) te laten neerslaan uit het water². De carbonaationen die het koraal heeft afgezet lossen simpelweg makkelijker opnieuw op. Als de pH naar een te laag niveau zakt, rond een pH-waarde van 7,4, lossen koraalskeletten in een periode van maanden zelfs helemaal op! ³

De wetenschappers rapporteren ook dat hoewel kalkafzetting lineair toeneemt met temperatuur^4,5, deze scherp daalt als de temperatuur boven de 30ºC stijgt. Dit komt doordat de symbiotische algen die in het koraal leven hierdoor afsterven (voor meer informatie over pH, CO₂, klimaatverandering en de koraal/alg symbiose, zie het koraalwetenschap archief).

Figuur 3: Het CO₂-evenwicht. Wanneer de pH-waarde van zeewater zakt worden meer carbonaationen (afgebeeld in rood) omgezet in bicarbonaationen (afgebeeld in groen). Dit creëert meer ‘ruimte’ voor het oplossen van nieuwe carbonaat ionen, wat het moeilijker maakt voor koralen om hun skeletten te bouwen (vergelijking: Tim Wijgerde).

Figuur 4, Zonder zoöxanthellen verhongeren koralen langzaam en staakt hun groei. Ondiepe koraalriffen worden verlicht door intens zonlicht, waarvan de symbiotische algen die in het koraal leven goed gebruik maken. Wanneer watertemperaturen te hoog oplopen, sterven de algen en worden ze door de koralen uitgestoten. Zonder hun plantaardige partners kunnen koralen niet lang overleven en moeten zij hun algen snel opnieuw opbouwen (foto: Inge Leys).

De biologen sloten andere factoren die de groeiafname van Porites koralen konden verklaren uit. Een eerste mogelijke factor was competitie tussen koraalkolonies. De hoeveelheid koraalkolonies per vierkante meter is echter niet gestegen, maar is op diverse locaties zelfs afgenomen⁶. Andere factoren zouden landerosie en schommelingen in zoutgehalte kunnen zijn. Erosie leidt tot veel stof in het water, ook wel sedimentatie genoemd, en leidt tot verstikking van koralen. Schommelingen in zoutgehalte zijn verder schadelijk voor koraalweefsel. Deze processen spelen echter vooral een rol op riffen aan de kust⁷. De wetenschappers toonden aan dat kalkafzetting ook op riffen in de open zee afnam, waardoor bovenvermelde processen konden worden uitgesloten als hoofdoorzaak. Een vierde mogelijkheid zouden ziekten kunnen zijn, aangezien deze regelmatig voorkomen bij koralen. De bemonsterde kolonies waren echter allen gezonde exemplaren, en daarmee leek ook dit probleem uitgesloten.

De hoeveelheid licht die de koralen ontvingen was tevens een mogelijke verklaring voor groeiafname. Het is algemeen bekend dat licht de groei van veel koralen stimuleert. Koralen verkrijgen tot 100% van de benodigde energie uit zoöxanthellen, die o.a. koolhydraten produceren door de energie van de zon te gebruiken. Dit proces staat bekend als fotosynthese. Zij stelden echter vast dat het wolkendek en de helderheid van het water niet significant zijn veranderd op het Groot Barrièrerif gedurende de lange proefperiode. Tenslotte sloten zij veranderingen in oceaanstromingen en lange-termijn pH fluctuaties ook uit.

Het feit dat deze afname in kalkafzetting sterker is dan ooit is waargenomen in de afgelopen 400 jaar benadrukt opnieuw het belang van CO₂-reductie. De huidige pH van de oceanen is al 0,1 graad lager vergeleken met 100 jaar geleden, terwijl de aragoniet-verzadiging (de hoeveelheid carbonaationen opgelost in zeewater) met 16% is gedaald^11,12. Recente studies hebben aangetoond wat de gevolgen zijn; een verdubbeling van de atmosferische CO₂-concentratie doet de groei van steenkoralen met 9 tot 56% afnemen¹⁰. Ook is gevonden dat de mate waarin koraallarven zich vastzetten op het rif is afgenomen door de gedaalde pH-waarde, waardoor de voortplanting van diverse soorten koraal in gevaar komt¹³.

“Het feit dat deze afname in kalkafzetting sterker is dan ooit is waargenomen in de afgelopen 400 jaar benadrukt opnieuw het belang van CO₂-reductie.”

Als de CO₂-concentratie blijft stijgen, verdwijnen de koraalriffen uiteindelijk. Als de CO₂-concentratie verdriedubbelt naar 1000 ppm, lossen koraalriffen volledig op. Een zeer belangrijke component van het fytoplankton, de coccolithophoren, zou ook uitsterven. Zonder voldoende plankton zou het gehele oceanische ecosysteem kunnen instorten. Deze situatie kan worden bereikt in 2150 als het huidige CO₂-emissieniveau doorzet¹⁴.

Figuur 5: Een kleine krab, levend op een koraal. Koraalriffen zijn het leefgebied van duizenden soorten (on)gewervelde dieren, waarvan vele nog niet eens zijn geïdentificeerd. Door de achteruitgang van de koraalriffen worden al deze soorten bedreigd (foto: Inge Leys).

Koraalriffen herbergen duizenden (on)gewervelde diersoorten, en behoren tot de meest soortenrijke ecosystemen op aarde. Miljoenen mensen zijn afhankelijk van de riffen als bron van voedsel en inkomen, en vele landen hebben economieën die deels op het door koraalriffen gegenereerde ecotoerisme steunen. Bovendien beschermen de riffen de kustlijnen van 109 landen, een steeds belangrijker wordende functie nu tropische stormen steeds vaker voorkomen. Met de verdwijning van koraalriffen zou onze planeet unieke ecosystemen verliezen die van groot ecologisch, economisch, sociaal en cultureel belang zijn.

Referenties:

1. Glenn De’ath, Janice M. Lough, Katharina E. Fabricius, Declining Coral Calcification on the Great Barrier Reef, 2008, pp 116-119(323)

2. Ohde S, Hossain MMM, Effect of CaCO3 (aragonite) saturation state of seawater on calcification of Porites coral, Geochem J, 2004, pp 613-621(38)

3. Fine M, Tchernov D, Scleractinian coral species survive and recover from decalcification, Science, 2006, pp 1811(315)

4. J. M. Lough, D. J. Barnes, J. Exp. Mar. Biol. Ecol. 245, 225 (2000).

5. F. Bessat, D. Buigues, Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol. 175, 381 (2001).

6. J. Bruno, E. Selig, PloS ONE 2, e711 10.1371/journal. pone.0000711 (2007).

7. M. McCulloch et al., Nature 421, 727 (2003).

8. Falkowski, PG, Dubinsky, Z, Muscatine, L, Porter, JW, Light and bioenergetics of a symbiotic coral. Bioscience, 1984, pp 705–709(34)

9. Muscatine, L. Porter, JW, Reef corals: mutualistic symbioses adapted to nutrient-poor environments. Bioscience, 1977, pp 454– 460(27)

10. Edmunds, PJ, Davies, SP, An energy budget for Porites porites (Scleractinia). Mar. Biol, 1986, pp 339– 347(92)

11. J. M. Guinotte, V. J. Fabry, Ann. N. Y. Acad. Sci. 1134, 320 (2008).

12. J. C. Orr et al., Nature 437, 681 (2005).

13. R. Albright, B. Mason and C. Langdon, Effect of aragonite saturation state on settlement and post-settlement growth of Porites astreoides larvae, Coral Reefs, pp 485-490(27)

14. Caldeira K, Wickett ME, anthropogenic carbon and ocean pH, Nature, 2003, pp 365(425)