Bakgrund

Det som hänt under de senaste par hundra åren är att halten av koldioxid har ökat i atmosfären på grund av förbränning av fossila bränslen, skövling av skogar och cementproduktion.

Före år 1750 var halten koldioxid kring 280 µatm (mikro atmosfärer, 1 µatm = 0.000 001 atmosfärer), medan den idag är kring 390 µatm. Detta är en högre halt än vad som funnits under mycket lång tid (flera miljoner år). En följd av denna ökande mängd koldioxid i atmosfären är att det också löstes mer i havens ytvatten. Detta har medfört att pH sjunkit något, ca 0.1 pH enhet.

Ökad kolidioxid i atmosfären medför surande hav

Alla luftens gaser löser sig i havens ytvatten och hur mycket som löser sig beror på dess löslighet. Lösligheten är för varje gas huvudsakligen beroende på temperaturen där kallare vatten löser mer gaser. De flesta gaserna finns bara som löst gas i havet, men ett viktigt undantag är koldioxid som reagerar med en vattenmolekyl till kolsyra. Eftersom havet under årtusenden har påverkats av kolsyrans reaktion med kalk (kalciumkarbonat) har pH ställt in sig på ett värde kring 8. Detta innebär att koncentrationen av H+ joner är ca 10-8 mol per liter. Vid pH 8 dominerar formen karbonatjoner- (vätekarbonat eller bikarbonat). Ett resultat av detta är att då en koldioxid molekyl från atmosfären löser sig i havet kommer den bildade kolsyran att avge en vätejon när den omvandlas till en vätekarbonatjon. Den avgivna vätejonen ger upphov till att pH minskar och vattnet blir lite (mycket lite) surare.

pH i haven varierar med årstiderna

pH i ytvattnet varierar med årstiderna, dels pga. att temperaturen ändras, dels genom att primärproduktion konsumerar koldioxid som därmed ökar pH. När organiskt material bryts ner i syrerika vatten kommer koldioxiden att åter tillföras och pH sjunker.

Ett resultat av detta är att på sommaren när det är varmt stiger pH både pga att temperaturen ökar (vilket minskar lösligheten av koldioxid) och pga primärproduktion. På motsvarande sätt kommer pH att minska under vintern genom att mer koldioxid löser sig i kallt vatten samtidigt som ingen primärproduktion sker utan organiskt material bryts ner och bildar koldioxid. Överlagrat detta finns ett utbyte mellan ytvattnet och luften, ett utbyte som strävar efter att partialtrycket i luft och vatten skall bli lika. Ett exempel på denna säsongsvariation i pH syns i vattnen utanför Kanarieöarna, enligt bilden nedan. Bilden visar också på en nedåtgående trend under senaste 10 åren, en trend som motsvarar den ökande halten av koldioxid i luften.

Tidsserie av pH
Tidserie av pH (totalskalan at 25°C) från ESTOC stationen utanför Kanarieöarna (Santana-Casiano et al., 2007).

Även om den naturliga årstidsvariationen är betydligt större än den förändring vi sett under det senaste århundradet betyder det inte att vi inte behöver bry oss om denna förändring. Resultatet blir att de lägsta värdena vi ser under vintern kommer att bli ännu lägre, med de konsekvenser detta kan ha för det marina livet.

Vilken förändring upplever det marina livet om pH minskar?

Det finns ett flertal effekter som djur och växter upplever, det uppenbara är att i organismerna finns en mängd olika reaktioner som är pH känsliga och dessa påverkas. Ett annat exempel är att de flesta primärproducerande organismer (växtplankton) utnyttjar koldioxid som kol-källa. Koldioxidhalten ökar med minskande pH och därför borde fotosyntesen i dessa organismer gynnas av en begränsad pH sänkning.

Det som däremot mest diskuteras är att lösligheten av kalciumkarbonat minskar när pH minskar. Detta beror på att halten av karbonatjonen, som binds till kalciumjoner när kalkskal bildas, minskar. En minskning av pH med 0.1 enheter låter inte så mycket, men då detta är en logaritmisk skala innebär det att karbonatjonhalten minskar med ca 20 % och detta påverkar lösligheten av kalciumkarbonat väsentligt.