グレートバリアリーフの海洋酸性化

海洋酸性化は、サンゴ礁の生存能力と強度を低下させ、グレートバリアリーフを脅かしています。世界七不思議の一つで生物多様性のホットスポットとも、オーストラリアにあります。他のサンゴ礁と同様に、海洋酸性化による劣化が起きています。海洋酸性化は、大気中の二酸化炭素が海洋に吸収されることによって起こります。 ^{[1] [2]}このプロセスにより、海面温度が上昇し、アラゴナイトが減少し、海洋のpH 値が低下します。人類が化石燃料を消費すればするほど、放出された CO₂ が海洋に吸収され、海洋酸性化が進みます。

サンゴ礁、特にグレートバリアリーフの健全性の低下は、生物多様性の低下につながる可能性があります。海洋の酸性化により生物がストレスを受ける可能性があり、グレートバリアリーフなどの健全なサンゴ礁が消滅すると、いくつかの分類群の生息地が失われます。海洋の酸性化により生物の繁殖が困難になり、グレートバリアリーフの生態系に影響を及ぼします。

魚類は海洋の酸性化によって大きな影響を受ける可能性があり、海洋の酸性化は生態系全体を混乱させます。海洋の酸性化の影響を逆転させる可能性のある解決策として、アルカリ化注入があります。サンゴ礁は社会と経済にとって非常に重要です。

大気中の二酸化炭素は産業革命以来280 ppmから409 ppmに増加しました^[3]。^[4]人間が排出する二酸化炭素の約30%がその時代に海洋に吸収されました。^[5]この二酸化炭素の増加によりpHが0.1低下し、2100年までに0.5低下する可能性があります。^{[6] [7]}二酸化炭素が海水と出会うと炭酸が形成され、分子が水素、重炭酸塩、炭酸塩に解離して海洋のpHを低下させます。^[8]海面温度、海洋酸性度、溶存無機炭素も大気中の二酸化炭素と正の相関関係にあります。^{[9]海洋の酸性化は高炭酸}血症を引き起こし、海洋生物のストレスを増加させ、それによって生物多様性の減少につながる可能性があります。^[4]サンゴ礁自体も海洋酸性化によって悪影響を受ける可能性があり、石灰化率が低下し、酸性度が上昇します。^[10]

アラゴナイトは炭酸カルシウムの一種であるため、海洋酸性化の影響を受けます。^[8]アラゴナイトはサンゴの骨格に含まれており、方解石よりも溶けやすいため、サンゴの生存と健康に不可欠です。^[8]二酸化炭素濃度の上昇により、石灰化プロセスに必要な炭酸イオンが不足するため、サンゴの成長率が9～56%低下する可能性があります。^{[10] [11]}二枚貝や腹足類などの他の石灰化生物も、海洋酸性化による悪影響を受けます。^[10]酸性水中の過剰な水素イオンは、それらの殻を溶かし、隠れ場所と繁殖率を制限します。^[12]

生物多様性のホットスポットであるグレートバリアリーフの多くの分類群は、海洋酸性化の脅威にさらされています。^[13]希少種や固有種は、グレートバリアリーフに大きく依存しているため、海洋酸性化により大きな危険にさらされています。さらに、酸性化によるサンゴ礁の崩壊のリスクは、生物多様性への脅威となっています。^{[14]海洋酸性化のストレスは、}光合成や生殖を低下させたり、生物が病気にかかりやすくなったりするなど、他の生物学的プロセスにも悪影響を及ぼす可能性があります。 ^[15]

グレートバリアリーフは水質悪化と海洋酸性化の影響を受けやすい。栄養分や堆積物を排出する主要河川は35あり、その排出量はヨーロッパ人が入植する前の約5～8倍である。これらの排出により海水の栄養分と濁度が上昇し、海洋酸性化の影響がさらに進む。^[16]

サンゴは石灰化生物であるため、海洋酸性化が進むと腐敗や成長速度の低下のリスクが高くなります。^[10]アラゴナイトはより溶解性の高い炭酸カルシウム（CaCO ₃ ）の別の形態であるため、サンゴが骨格を形成するのに役立ちます。水のpHが低下するとアラゴナイトも減少し、サンゴの炭酸カルシウムの吸収量が減少します。^[17]アラゴナイトのレベルは工業化以来16％減少しており、グレートバリアリーフの一部では海流の影響でさらに低下する可能性があります。海流により、北部のサンゴは南部のサンゴよりも多くのアラゴナイトを吸収します。^[17]アラゴナイトは2100年までに0.1％減少すると予測されており、サンゴの成長を大幅に妨げる可能性があります。^{[17] 1990年以降、グレートバリアリーフで一般的な大型造礁サンゴである}ハマサンゴの石灰化率は年間14.2％減少しています。^[10]グレートバリアリーフ全体のアラゴナイト濃度は均一ではなく、海流や循環の影響で、グレートバリアリーフの一部ではアラゴナイトが他の半分しかないこともあります。^[17]アラゴナイト濃度は石灰化や生成の影響も受けますが、これはサンゴ礁ごとに異なります。^[17]大気中の二酸化炭素が560 ppmに達すると、ほとんどの海面水はアラゴナイトに関して不飽和状態になり、pHは現在のほぼ8.2から約0.24低下し、7.9をわずかに上回る状態になります。この時点で（今世紀の第3四半期のいつか、現在の二酸化炭素増加率では）、サンゴの成長に十分なアラゴナイト飽和レベルを持つ太平洋のほんの一部になります。さらに、大気中の二酸化炭素が800 ppmに達すると、海面水のpHは0.4低下し、総溶解炭酸イオン濃度は少なくとも60％減少します。^[15] 最近の推定では、通常の排出レベルでは、大気中の二酸化炭素は2100年までに800ppmに達する可能性があるとされています。 ^[18] この時点で、世界中のサンゴ礁はすべて侵食状態にあることはほぼ確実です。しかし、グレートバリアリーフのpHを上昇させ、産業化前の海洋化学条件を再現すると、サンゴの成長率が7％増加しました。^[19]

海洋酸性化は海面温度の上昇にもつながります。約1～2℃の上昇でサンゴと褐虫藻の関係が崩れ、白化現象につながる可能性があります。^[15]グレートバリアリーフの平均海面温度は、2100年までに1～3℃上昇すると予測されています。^[6]白化現象は、水中のストレスにより褐虫藻とサンゴ状藻がサンゴの骨格から離れることで発生します。これにより、サンゴの骨格上で生きていた以前の生物がいなくなり、白い骨格が残るため、サンゴは色を失います。白化したサンゴは光合成ができなくなり、徐々に死んでいきます。水の酸性度によって残ったサンゴの骨格が徐々に溶解し、サンゴ礁の構造的完全性が本質的に損なわれます。藻類や褐虫藻を主な食料源とする生物も多く存在します。そのため、白化したサンゴ礁の生物は新たな食料源を求めて去らざるを得なくなります。褐虫藻や藻類は成長が非常に遅いため、サンゴ礁を元の状態に戻すには非常に長い時間がかかります。^[20]サンゴと褐虫藻の関係が崩れるのは、D1タンパク質との反応や二酸化炭素固定の不足により光合成系IIが損傷を受けたときです。その結果、光合成が不足し、白化につながる可能性があります。^[8]

海洋酸性化は、プロセスのほぼすべての側面でサンゴの繁殖を脅かしています。配偶子形成は、サンゴの白化によって間接的に影響を受ける可能性があります。さらに、酸性化がサンゴに与えるストレスは、放出された精子の生存能力を損なう可能性があります。幼生もこのプロセスの影響を受ける可能性があり、代謝と着地の合図が変化し、個体群のサイズや生殖の生存能力が変化する可能性があります。^{[8] [2]}他の種の石灰化幼生は、海洋酸性化シナリオ下で成長率が低下することが示されています。^{[9]海洋条件の} 生物指標であるバイオフィルムは、酸性化により成長率が低下し、組成が変化し、バイオフィルム自体への幼生の着地に影響を与える可能性があります。^[21]

グレートバリアリーフでは、長年にわたり大規模な白化現象が何度か発生しています。特に、2016年と2017年には、2年連続でサンゴ礁が白化しました。この長い期間で、グレートバリアリーフのサンゴの半数が失われたと推定されています。生き残ったサンゴ礁の一部は損傷を受け、サンゴの繁殖が全体的に低下しました。^[22]その後、2020年に別の白化現象が発生し、5年間で3回目の白化現象となりました。しかし、研究によると、2020年の白化現象はそれほど深刻ではなく、影響を受けたサンゴ礁の数は最小限で、ほとんどのサンゴ礁は低レベルから中程度の白化レベルでした。^[23]

2022年初頭の調査によると、グレートバリアリーフのサンゴの91％が何らかの程度の白化を経験していることが明らかになりました。^[24]白化レベルが高いサンゴ礁では、全体的な気温も高くなる傾向がありました。これらの気温レベルはオーストラリアの夏の間ずっと続き、サンゴの白化期間が長引いたことに起因しています。期間が長引くと、サンゴが繁殖できずに死滅し、サンゴ礁の損失が増えるため、懸念が生じます。しかし、2022年6月の最近の報告によると、グレートバリアリーフは現在回復傾向にあります。オーストラリア沿岸のさまざまな地域では、白化の影響を受けたサンゴ礁が16％に減少しています。^[24]海水温が下がり続けるにつれて、白化レベルは低下し、サンゴのレベルは上昇すると予想されます。サンゴの白化現象は減少しているものの、サンゴ礁の捕食者であるオニヒトデは依然としてサンゴの成長と発達に影響を与えている。^[24]

生物多様性とは、種の多様性、遺伝的多様性、生態系の多様性など、生命体の多様性を指します。グレートバリアリーフは、9000種を超える既知の種が生息する生物多様性のホットスポットです。^[25]しかし、1950年代以降、グレートバリアリーフの現生サンゴの半分が死滅し、サンゴ礁に関連する生物多様性は63％減少しました。^[26]これらの種のうち、正式に発見されたのは推定25％に過ぎず、かなりの部分がまだ科学的に分類されていません。^[26] 気候変動の影響で、まだ特定されていない種が失われていることは間違いありません。

海洋酸性化の結果としてアラゴナイトの量が減少することは、グレートバリアリーフにとって依然として最大の脅威の一つです。^[11]健全なサンゴ礁は何千種類ものサンゴ、魚、海洋哺乳類を支えていますが、白化したサンゴ礁は生命を支え、維持する能力を失います。^[27]サンゴの構造形成は、魚、無脊椎動物、微生物を含む多くの海洋生物に隠れ場所、繁殖地、食料源を提供するために重要な複雑な生息地を作り出します。^[28]一方、サンゴはサンゴ礁の魚や他の生物に依存して、藻類のレベルを浄化および調整し、サンゴの成長に必要な栄養素を供給し、害虫を抑制しています。^[28]サンゴ礁とそこに生息する種は、動的な共生関係にあります。

海洋酸性化は、成長率の低下、生殖能力の低下、病気に対する感受性の増加、死亡率の上昇など、あらゆる生物に間接的な影響を及ぼす可能性があります。^[29]白化現象は、サンゴの組成の均質化と構造の複雑さの喪失を引き起こし、繁殖や隠れ場所として枝分かれしたサンゴに依存しているサンゴ礁の魚やその他の生物に悪影響を及ぼす可能性があります。^[29]この生態系の多様性の減少は、種の多様性に直接影響を及ぼします。

サンゴ礁が衰退するにつれ、そこに生息する生物は適応するか、新しい生息地を探さなければならなくなります。^[15] 海洋酸性化は海洋の基本的な化学バランスを脅かし、炭酸カルシウムなどの必須ミネラルを侵食する条件を作り出します。アラゴナイトの不足と海水のpHレベルの低下により、カキ、ハマグリ、ロブスター、エビ、サンゴ礁などの石灰化生物が殻や外骨格を形成することが難しくなります。^[30]生物は、初期、幼生、またはプランクトン段階で海洋酸性化の影響に敏感であることがわかっています。石灰化生物と非石灰化生物の両方の幼生の健康と定着は、海洋酸性化によって害を受ける可能性があります。

ジャーナル「Global Change Biology」に掲載された研究では、グレートバリアリーフのサメとアカエイが気候変動に対してどの程度脆弱かを予測するモデルが開発された。133種のうち30種が気候変動に対して中程度または高度に脆弱であると特定され、最も脆弱な種は淡水産のホイップレイ、ヤマアラシエイ、ヤリザメ、ノコギリエイであることが判明した。気温の上昇は、サンゴ礁の健康維持に非常に重要な魚であるコモンコーラルトラウトなど、多くのサンゴ礁種の行動と適応度にも影響を及ぼしている。^[31]海洋酸性化は生息地と発達に影響を与えるだけでなく、生物が捕食者や同種の生物をどのように見ているかにも影響を与える可能性がある。海洋酸性化の影響に関する研究は、生物がこれらの条件に適応できるかどうかを確認するのに十分な時間スケールで行われていない。しかし、海洋酸性化は進化が追いつけない速度で起こると予測されている。^[12]

魚の中には、高CO2条件下での混乱を補うことができるものもあるが、現在および将来のCO2レベル上昇に対しては予想外の敏感さを示す。この敏感さは、バランスを保つために魚の耳にある炭酸カルシウム構造である耳石の成長など、多くの生理学的および行動的プロセスに影響する。また、脳の機能、魚が使用するエネルギー量、魚が吸収できる栄養素の量にも影響する。GABAなどの神経伝達物質の混乱の影響はまだ研究中だが、近い将来、魚に影響を与える可能性がある。海洋酸性化に対する魚の敏感さは種によって異なり、すべての種の中で最も影響を受けるのは感覚知覚である。^[32]

グレートバリアリーフのサンゴ礁に自然発生する捕食者はオニヒトデ（ Acanthaster planci）です。成体のオニヒトデは1年に最大10m2のサンゴ礁形成サンゴを食べ尽くすことができるため、オニヒトデの大量発生はグレートバリアリーフ全体のサンゴ減少の主因の一つとなっています。^{[9]しかし、サンゴの各種が同様に影響を受けるわけではなく、ヒトデは枝分かれしたサンゴの種である}ミドリイシを好み、次に亜枝分かれした種を好むことが観察されています。その結果、サンゴ礁の種が順番に秩序立って消滅していきます。

近年、グレートバリアリーフでのオニヒトデの大発生が頻繁に発生しており、科学者らは人間の活動と関連がある可能性があると予測している。^[33]河川の流出によると思われる栄養素の増加はヒトデの個体数に良い影響を与え、有害な大発生につながる可能性がある。^[33]気候変動による圧力が増すにつれ、サンゴ礁の撹乱の間隔が短くなり、サンゴ礁の回復に費やす時間が短くなっている。

2015年のシミュレーションでは、人工海洋アルカリ化を含む潜在的な解決策が示されています。この方法には、水のアルカリ度を約4モル増加させる溶液が含まれています。船舶は海洋沿岸全体に人工海洋アルカリ化剤を注入し、海のpHを下げて、海洋酸性化を一時的に解消します。シミュレーションを通じて、グレートバリアリーフ全体でアラゴナイト飽和状態が大幅に増加したことが示されました。アルカリ化を使用すると、約4年間の海洋酸性化が相殺されます。また、結果は、約25％のサンゴ礁でアラゴナイト飽和状態が増加したことを示しており、アルカリ化がOAの削減に役立つことを意味します。^[34]

生物多様性の主要なホットスポットであるサンゴ礁は、海洋生物と人間の生態系と生活にとって非常に重要です。世界中の国々は、特に小さな島に住む文明にとって、食料と収入源としてサンゴ礁に依存しています。^[35]サンゴ礁周辺での漁獲量が60％以上減少しているため、多くの国が適応を余儀なくされるでしょう。^[25]サンゴ礁は国の経済にとっても重要です。サンゴ礁はさまざまな形の観光活動を提供し、経済に多大な収入をもたらすことができるからです。^[36]これらのビジネスの所有者は、訪問者と使用者の増加から利益を得るため、これらは個人の健康レベルにも貢献します。サンゴ礁はまた、津波や沿岸の嵐などの大規模な海洋災害から沿岸コミュニティを保護する障壁として機能する沿岸インフラの一形態を提供します。^[35]

• 北極海の海洋酸性化