Okyanus asitlenmesi ve etkileri

Günümüzde büyük değişim gösteren iklim sonucunda yaşanan iklim krizinin yol açtığı aşırı hava olayları küresel ekonomiye büyük zarar vermekle birlikte, deniz yaşamı, biyoçeşitlilik, gıda güvenliği, sağlık gibi alanlarda ciddi bir tehdit oluşturmakta olup çevre sorunlarının uluslararası güvenlik gündeminde yer alması kritik önemini göstermektedir. Yakın zamana kadar, bilimsel ve kamusal tartışmaların çoğu insan kaynaklı (antropojenik) karbondiyoksitin (CO₂) iklim üzerindeki etkilerine odaklanmıştır. Bununla birlikte, son araştırmalar, CO₂ emisyonlarının ikinci, önemli bir etkisinin altını çiziyor: okyanus asitlenmesi. Dünya’da okyanuslar, geniş bir karbon rezervuarı oldukları, atmosferle hızla karbon alışverişinde bulundukları ve atmosferden antropojenik olarak salınan karbonun önemli bir bölümünü aldıkları için küresel karbon döngüsünde önemli rolleri bulunmaktadır. 

Enerji için fosil yakıtların küresel kullanımı, Dünya atmosferinin gaz bileşimini hızla değiştiriyor ve aşırı CO₂, su buharı, kloroflorokarbonlar (CFC’ler), metan, azot oksit ve diğer sera gazlarından kaynaklanan bir ısınmaya neden oluyor. Endüstriyel dönemin başlangıcından bu yana, Dünya ikliminde değişikliklere neden olan insan kaynaklı CO₂ emisyonları, atmosferdeki CO₂ konsantrasyonunu yaklaşık %40 arttırdı. İnsan faaliyetlerinden kaynaklı bu gazlar, atmosferin kızılötesi ışınları tutma kapasitesini artırarak gezegen yüzeyinin ısınmasına neden oldukları için Dünya iklimini kontrol etmede kritik bir rol oynuyorlar (Sabine vd. 2010).

Şekil 1. Son 800.000 yılda atmosferdeki CO₂ konsantrasyonu, okunabilirlik için 1900’den önce zaman karekök ölçeği kullanılarak çarpıtılmıştır. Grafik: Gregor Aisch, vis4.net.(Kaynak: NOAA (1959-today), NASA (1850-1958), Monnin vd., Petit vd., Siegenthaler vd., Luethi vd. (800 kya-1850))

Dünya tarihi boyunca okyanus suyundaki CO₂ değerleri sık sık yükselip düşmüştür, ancak günümüzde okyanuslar dünya tarihinde eşi benzerine rastlanmamış bir hızla asitlenmektedir (Şekil 1). Atmosferdeki CO₂ seviyelerinin artmasının bir sonucu olan okyanus asitlenmesi, dünya çapındaki deniz ekosistemleri için de önemli bir tehdit oluşturmaktadır. Bu olgu, okyanusların aşırı CO₂‘yi absorbe etmesi sonucu deniz suyu pH’ında düşüşe ve karbonat kimyasında değişikliklere neden olur (Kamleshbhai vd., 2024). İlk olarak atmosferik CO₂​okyanusta çözündüğünde (reaksiyon 1), su ile reaksiyona girerek karbonik asit (H₂​CO₃) oluşturur (reaksiyon 2). H₂​CO3’ün bir kısmı okyanus sularında bikarbonat (HCO₃⁻) ve hidrojen iyonuna (H⁺) hızla ayrışan zayıf bir asittir (reaksiyon 3) ve bu pH’ı düşürür. Bikarbonat, karbonat iyonlarına (CO₃²⁻) çözünür (reaksiyon 4) ve daha fazla hidrojen iyonu ekleyerek pH’ın daha da düşmesine ve suyun daha az alkali olmasına neden olur. Bu süreç aşağıda gösterilen kimyasal basamaklarda gerçekleşmektedir.  Bunun yanında okyanusların genel tamponlama reaksiyonu (reaksiyon 5) olarak bilinen 1 mol CO₂’nin 1 mol CO₃ iyonu ile reaksiyonu sonucu 2 mol H​CO₃ iyonu oluşumuyla CO₃ iyonu konsantrasyonu düşerken, H​CO₃ iyonu konsantrasyonu artmaktadır.

1. Adım: CO₂​ (atmosferik) ⇌ CO₂​ (aq)
2. Adım: CO₂​ (aq) + H₂​O ⇌ H₂​CO₃ (karbonik asit)
3. Adım: H₂​CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻  (bikarbonat iyonu)
4. Adım: HCO₃⁻ ⇌ H⁺+ CO₃²⁻ (karbonat iyonu)
5. CO₂​ (aq) + CO₃  ⇌ 2H​CO₃ (genel tamponlama reaksiyonu)

Okyanusları daha asidik hale getiren kimyasal reaksiyonlar sonucu, böyle asidik koşullarda yaşamaya alışkın olmayan okyanusta yaşayan bitkileri ve hayvanları etkiler. Okyanus asitlenmesinin etkileri çok geniştir ve mikroskobik planktonlardan büyük deniz türlerine kadar çeşitli deniz organizmalarını etkiler. Bu değişimler, üst okyanustaki deniz organizmaları üzerinde önemli etkilere sahip olmaya başlıyor. Yapısında CaCO₃ kullanan birçok deniz organizması, azalan karbonat iyonu (CO₃), artan çözünme ve enerjik takaslar dahil olmak üzere çeşitli bozulma yolları aracılığıyla olumsuz etkilenmektedir (Kroeker vd. 2013; Gattuso vd. 2015; Bednaršek vd. 2014, 2016, 2017, 2019, 2020, 2021; Feely ve ark., 2016; Somero ve ark., 2016; Osborne ve ark., 2019, 2020; Doney ve ark., 2020; Fox ve ark., 2020).  Bunun etkileri okyanusun besin ağı boyunca uzanır. Deniz suyundaki küçük pH değişiklikleri bile ekosistem üzerinde anında olumsuz etkilere sahiptir. Belki de en önemlisi, okyanus asitlenmesi mercan resiflerine önemli ölçüde zarar vererek destekledikleri tüm ekosistemi bozar. Mercan resifleri, çeşitli deniz yaşamı için hayati yaşam alanları ve besin kaynakları olarak hizmet eder. 4000’den fazla balık türünün ve deniz yaşamının dörtte birinin bu resiflere güvendiği gözlemlenmiştir. Bu ekosistemler için hayati önem taşıyan mercanlar, taş iskeletlerini Ca​CO₃‘ten inşa eder ve bu da onları okyanus asitlenmesinin neden olduğu asidik koşullar altında çözünmeye karşı savunmasız hale getirir (Tyrrell ve Zeebe, 2004). 

Mercan resifleri aynı zamanda küresel deniz ekosistemindeki en bol ve çeşitli ortamlardan biridir ve sayısız deniz türüne barınak ve besin kaynağı sağlar. Ancak son yıllarda küresel iklim değişikliğinin neden olduğu okyanus asitlenmesi mercan resifleri ve ekosistemleri için ciddi bir tehdit oluşturmuştur (Albright ve Cooley, 2019). Bunun mercanların fizyolojik süreçleri ve yapısal oluşumu üzerinde doğrudan etkisi vardır, mercanların büyüme hızını yavaşlatır ve yapının erimesine yol açar. Sera gazı emisyonlarının neden olduğu iklim değişikliği deniz suyu sıcaklığında artışa yol açarak mercanların beyazlamasına neden olur. Mercan beyazlaması (bleaching), mercanlar ve simbiyotik algler arasındaki ilişkinin bozulmasına, simbiyotik alglerin mercan gövdesinden ayrılmasına ve mercanın beyazlaşması ile sonuçlanır. Bu, mercanları önemli besin kaynaklarından mahrum eder ve onları hastalığa ve ölüme karşı savunmasız hale getirir. İklim değişikliğinin neden olduğu sorunlar, mercan resif ekosistemleri için büyük bir tehdit oluşturur. Küresel ölçekte yapılan araştırmalar, birçok mercan resifinin ciddi bozulma ve ölüm, azalan biyolojik çeşitlilik ve hasarlı ekolojik işlevler yaşadığını göstermektedir (Wu ve diğ., 2024).

Okyanus asitlenmesi, mercan resiflerini ve deniz ekosistemlerini çeşitli şekillerde etkileyen küresel bir olgudur. Mercan resifleri, düşük pH koşulları altında çözünmeye karşı hassas olan Ca​CO₃ iskeletlerinden oluşur. Okyanus asitlenmesi, mercanların iskeletlerini oluşturma yeteneğini azaltır ve bu yüzyıl içinde bazı türlerin işlevsel olarak yok olmasına yol açabilir. Dahası, okyanus asitlenmesi, konakçı iklime uyum sağlama ve homeostazında önemli bir rol oynayan mercan mikrobiyomunu değiştirir. Mercan prokaryotik simbiyontlarının çeşitliliğindeki ve gen ifadesindeki değişiklikler, mercanların patojenlere ve stres faktörlerine duyarlılığını artırabilir (Zhang, 2023). Okyanus asitlenmesi ayrıca, rahatsızlıktan sonra mercan resiflerinin iyileşmesi için gerekli olan mercan larvalarının üremesini, yerleşmesini ve hayatta kalmasını da etkiler. Okyanus asitlenmesinin mercanlar üzerindeki etkileri, türe, konuma ve ısınma gibi diğer faktörlerle etkileşime bağlı olarak değişebilir. Örneğin, Hint-Pasifik bölgesindeki mercan iskeletleri, okyanus asitlenmesi nedeniyle yoğunlukta %20’ye kadar azalma yaşayabilir (NSF, 2018). Bununla birlikte, bazı koralin algler birkaç nesil sonra okyanus asitlenmesine adaptasyon gösterebilir.

CO₂ emisyonları artmaya devam ettikçe, okyanusların asitlenmesi hızlanarak deniz biyoçeşitliliği, balıkçılık ve deniz ekosistemlerinin genel sağlığı için tehdit oluşturmaktadır. Mercanlar, yumuşakçalar ve bazı planktonik türler gibi kabuk oluşturan organizmalar, besin ağı üzerinde kademeli etkilere sahip olabilen Ca​CO₃ yapılarını korumada zorluklarla karşı karşıyadır. Örneğin, mercanlar ve kabuklu deniz ürünleri giderek asidik hale gelen bir ortamda aşınır. pH dalgalanmalarını anlama, okyanus asitlenmesinin etkisini azaltmadaki zorluklar ve etkili politika geliştirme ve uyum stratejileri için küresel iş birliğinin gerekliliğini vurgular. Bu nedenle, projemizin araştırma sonuçları küresel ölçekte büyük bir öneme sahip olduğu bilinmektedir.