چگونه بالا آمدن افق اشباع آراگونیت حیات دریایی کلسیم‌ساز را تهدید می‌کند

افق اشباع آراگونیت عمق مشخصی از اقیانوس است که در پایین‌تر از آن، کربنات کلسیم حل می‌شود و با افزایش جذب کربن دریایی، این افق در حال نزدیک شدن به سطح آب است. این جابه‌جایی رو به بالا، حیات دریایی کلسیم‌ساز را با کوچک کردن منطقه قابل سکونتی که در آن مرجان‌ها و نرم‌تنان صدف‌دار می‌توانند یکپارچگی ساختاری خود را حفظ کنند، تهدید می‌کند. این مرز به‌عنوان یک کف شیمیایی سخت‌گیرانه برای بسیاری از گونه‌ها عمل می‌کند و مهاجرت آن اساساً توزیع عمودی اکوسیستم‌های دریایی را تغییر می‌دهد.[7]

اقیانوس‌ها تقریباً ۳۰ درصد از انتشار دی‌اکسید کربن ناشی از فعالیت‌های انسانی را جذب می‌کنند؛ فرآیندی که گرمایش جوی را تعدیل می‌کند اما شیمی دریا را به‌طور بنیادین تغییر می‌دهد. هنگامی که دی‌اکسید کربن در آب دریا حل می‌شود، اسید کربنیک تشکیل می‌دهد که متعاقباً یون‌های هیدروژن آزاد می‌کند. این یون‌های هیدروژن آزاد با یون‌های کربنات موجود پیوند می‌خورند تا بی‌کربنات تشکیل دهند و به‌طور پیوسته غلظت کلی کربنات را در ستون آب کاهش می‌دهند.[1][2]

ارگانیسم‌های دریایی برای ساخت صدف‌ها و اسکلت‌های خود از کربنات کلسیم، به شدت به این یون‌های کربنات آزاد وابسته‌اند. آراگونیت یک شکل کریستالی و بسیار انحلال‌پذیر از کربنات کلسیم است که توسط گونه‌های مختلفی، از مرجان‌های اعماق دریا گرفته تا حلزون‌های کوچک پلاژیک معروف به پتروپودها، استفاده می‌شود. وضعیت اشباع آراگونیت که با حرف یونانی امگا نشان داده می‌شود، تعیین می‌کند که آیا این ساختارهای بیولوژیکی می‌توانند به‌طور کارآمد رشد کنند یا در آب اطراف شروع به حل شدن خواهند کرد.[4][5]

افق اشباع آراگونیت به‌عنوان مرز دقیقی تعریف می‌شود که در آن مقدار امگا به زیر ۱٫۰ کاهش می‌یابد. در بالای این خط، آب فوق‌اشباع است و اجازه می‌دهد کلسیم‌سازی با حداقل صرف انرژی پیش برود. در پایین این خط، آب غیراشباع بوده و به‌طور فعال برای ساختارهای آراگونیتی خورنده است. از نظر تاریخی، این افق در اعماق ستون آب قرار داشت و زیستگاه عمودی وسیع و پایداری را برای ارگانیسم‌های کلسیم‌ساز در سراسر اقیانوس‌های جهان فراهم می‌کرد.[3][6]

با جذب حجم فزاینده‌ای از دی‌اکسید کربن توسط آب‌های سطحی، افق اشباع در حال مهاجرت به سمت بالا است. تحقیقات اداره ملی اقیانوسی و جوی نشان می‌دهد که اسیدی شدن اقیانوس‌ها سریع‌تر و فراگیرتر از آنچه پیش‌تر مدل‌سازی شده بود، در حال پیشرفت است. در چندین منطقه بحرانی، این افق سالانه چندین متر بالا می‌آید و به‌طور پیوسته منطقه امن برای حیات دریایی آسیب‌پذیر را به سمت سطح آب فشرده می‌کند.[2]

اقیانوس آرام شمالی به دلیل الگوهای گردش طبیعی خود که آب‌های قدیمی‌تر و غنی از کربن را در اعماق جمع‌آوری می‌کند، به‌ویژه در برابر این تغییر شیمیایی مستعد است. مطالعه‌ای در سال ۲۰۲۶ که کوه‌های دریایی در اقیانوس آرام شمالی را مورد بررسی قرار داد، تنوع قابل‌توجهی در افق اشباع آراگونیت یافت که مستقیماً بر توزیع صخره‌های مرجانی اعماق دریا تأثیر می‌گذارد. این صخره‌ها برای ساخت چارچوب‌های پیچیده و کندرشد خود به آب‌های فوق‌اشباع نیاز دارند.

مرجان‌های اعماق دریا، برخلاف همتایان گرمسیری آب‌های کم‌عمق خود، فاقد جلبک‌های همزیست هستند و برای تغذیه کاملاً به شکار مواد آلی در تاریکی وابسته‌اند. رشد اسکلتی آن‌ها در حال حاضر به انرژی بسیار بالایی نیاز دارد. با بالا آمدن افق اشباع به بالاتر از عمق این کوه‌های دریایی، مرجان‌ها مجبور می‌شوند انرژی متابولیک بسیار بیشتری را برای کلسیم‌سازی در برابر یک شیب خورنده صرف کنند، که این امر بقای طولانی‌مدت و پیچیدگی ساختاری صخره‌ها را تهدید می‌کند.[6]

اقیانوس منجمد جنوبی با دگرگونی حتی فوری‌تری مواجه است. آب سرد دی‌اکسید کربن را راحت‌تر از آب گرم جذب می‌کند، به این معنی که مناطق قطبی و زیرقطبی اولین مناطقی هستند که از آستانه‌های بحرانی شیمیایی عبور می‌کنند. محققان برنامه کربن و بیوژئوشیمی اقیانوس پیش‌بینی می‌کنند که یک افق اشباع آراگونیت جدید و کم‌عمق به‌زودی در بخش‌های وسیعی از اقیانوس منجمد جنوبی پدیدار خواهد شد و اکوسیستم منطقه‌ای را از پایه و اساس تغییر خواهد داد.[3]

قربانیان اصلی این بالا آمدن در آب‌های قطبی، پتروپودهای صدف‌دار هستند که اغلب به آن‌ها «پروانه‌های دریایی» گفته می‌شود. این حلزون‌های دریایی مهاجر، پایه شبکه غذایی را برای ماهی‌ها، پرندگان دریایی و نهنگ‌ها تشکیل می‌دهند. پتروپودها صدف‌های آراگونیتی فوق‌العاده نازکی می‌سازند که حتی به تغییرات جزئی در وضعیت اشباع محیط اطراف بسیار حساس هستند.[4][5]

بسیاری از گونه‌های پتروپود مهاجرت عمودی روزانه انجام می‌دهند؛ آن‌ها در طول روز برای فرار از شکارچیان به آب‌های عمیق‌تر می‌روند و در شب برای تغذیه به سطح آب بازمی‌گردند. با بالا آمدن افق اشباع، مسیر مهاجرت روزانه آن‌ها، این موجودات را برای ساعت‌ها به آب‌های غیراشباع و خورنده می‌کشاند. یک سنتز جهانی توسط انجمن اقیانوس‌شناسی، حل شدن گسترده صدف در پتروپودهای در معرض این شرایط را مستند کرده است که با ایجاد حفره و تضعیف ساختاری مشخص می‌شود.[4][5]

هنگامی که صدف یک پتروپود شروع به حل شدن می‌کند، ارگانیسم باید انرژی متابولیک خود را از رشد و تولیدمثل منحرف کرده و صرف ترمیم آسیب کند. شواهد ارائه‌شده به کمیته‌های پارلمان بریتانیا تأکید می‌کند که این انحراف انرژی، زیست‌توده کلی و موفقیت تولیدمثل را کاهش می‌دهد. از آنجا که پتروپودها یک گونه کلیدی هستند، این استرس فیزیولوژیکی به سمت بالا و به شیلات تجاری که به‌عنوان منبع غذایی اصلی به آن‌ها وابسته‌اند، سرایت می‌کند.[1][5]

پیامدهای این امر فراتر از گونه‌های منفرد بوده و یکپارچگی ساختاری کل زیستگاه‌های دریایی را در بر می‌گیرد. یک بررسی جامع در MDPI خاطرنشان می‌کند که در حالی که صخره‌های گرمسیری کم‌عمق با تهدیدات دوگانه سفیدشدگی حرارتی و اسیدی شدن مواجه‌اند، صخره‌های آب‌های عمیق با یک تهدید منفرد و خزنده ناشی از بالا آمدن افق اشباع روبه‌رو هستند. اگر مرجان‌های بنیادین حل شوند، زیستگاه‌های سه‌بعدی پیچیده‌ای که از تنوع زیستی اعماق دریا پشتیبانی می‌کنند، به‌طور کامل فرو خواهند ریخت.[6]

مدل‌های کنونی نشان می‌دهند که اگر انتشار دی‌اکسید کربن در مسیر فعلی خود ادامه یابد، افق اشباع آراگونیت می‌تواند تا پایان قرن در بخش‌هایی از اقیانوس منجمد جنوبی و قطب شمال به سطح آب برسد. این امر کل ستون آب در آن مناطق را از نظر شیمیایی برای کلسیم‌سازی مبتنی بر آراگونیت نامساعد می‌سازد و بازسازی رادیکال حیات دریایی قطبی را تحمیل می‌کند.[2][3]

مهاجرت رو به بالای افق اشباع آراگونیت یک واکنش شیمیایی قطعی به بارگذاری کربن در جو است. سرعتی که این مرز در دهه آینده بالا می‌آید، کاملاً به مسیر انتشار جهانی کربن بستگی دارد و تعیین می‌کند که چه مقدار حجم قابل سکونت برای ارگانیسم‌های کلسیم‌ساز بنیادین اقیانوس باقی می‌ماند.[7]