DOI: https://doi.org/10.3389/fmars.2023.1125137
تاريخ النشر: 2024-01-18
المؤلف: Trisha B. Atwood وآخرون
الموضوع الرئيسي: آثار حموضة المحيطات والاستجابات
نظرة عامة
تبحث الدراسة في تأثير الصيد القاعي على انبعاثات الكربون وكيمياء المحيطات، كاشفة أن 55-60% من ثاني أكسيد الكربون (CO₂) المنبعث من أنشطة الصيد يتم إطلاقه في الغلاف الجوي خلال 7-9 سنوات. من 1996 إلى 2020، قد يكون الصيد القاعي العالمي قد ساهم بحوالي 0.34-0.37 Pg CO₂ سنويًا، مما يؤثر بشكل كبير على درجة حموضة المياه المحلية في المناطق التي تتعرض للصيد بشكل مكثف. تشير هذه النتائج إلى أن إدارة الصيد القاعي يمكن أن تكون استراتيجية فعالة للتخفيف من آثار تغير المناخ.
تؤكد الدراسة على إمكانية الحلول المستندة إلى المحيطات للمساعدة في تحقيق أهداف المناخ، لا سيما في الحد من ارتفاع درجات الحرارة العالمية إلى 1.5 درجة مئوية مع تعزيز التنوع البيولوجي والأمن الغذائي. ومع ذلك، تواجه السياسات المناخية الحالية تحديات في تقدير الانبعاثات المتجنبة، مما يستلزم مزيدًا من الدراسات الميدانية لتوضيح آثار الصيد القاعي على ديناميات الكربون. يدعو المؤلفون إلى دمج نماذج إقليمية عالية الدقة لتحسين تقديرات الانبعاثات ويبرزون أهمية النظر في التأثيرات البيئية الأوسع للصيد، مثل دوره في زيادة مستويات الكربون غير العضوي المذاب (DIC)، مما قد يؤدي إلى تفاقم حموضة المحيطات.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على الدور الحاسم للرواسب البحرية كمخازن كربون طويلة الأمد، حيث يمكن أن يبقى الكربون العضوي غير معدني لفترات طويلة. ومع ذلك، تشكل الأنشطة البشرية، لا سيما الصيد القاعي، تهديدات كبيرة لهذه الديمومة الكربونية من خلال إزعاج رواسب قاع البحر وإطلاق حوالي 0.16-0.40 Pg C سنويًا من الكربون العضوي المدفون سابقًا للتفكك الميكروبي. لا يزال التأثير النهائي لهذا الاضطراب على دورة الكربون العالمية غير محدد، مما يعقد صياغة سياسات مناخية فعالة تهدف إلى حماية مخزونات الكربون البحرية.
تؤكد الورقة على الحاجة إلى البحث لمعالجة تعقيدات تقدير الانبعاثات الجوية الناتجة عن الأنشطة البشرية تحت سطح المحيط. توضح هدف الدراسة في فحص مصير الكربون المنبعث بسبب الصيد من 1996 إلى 2020 وتحت سيناريوهات مستقبلية، مع تقدير نسبة CO₂ المنبعثة في الغلاف الجوي. تستخدم الدراسة بيانات وافتراضات من دراسات سابقة، مستفيدة من نموذجين لدوران المحيطات – نموذج دوران المحيط العكسي (OCIM) ونموذج NASA Goddard Institute for Space Studies (GISS) ModelE2.1 – لمحاكاة ديناميات تبادل CO₂ بين المحيط والغلاف الجوي، مما يساهم في فهم أفضل لتداعيات الصيد القاعي على جهود التخفيف من تغير المناخ.
النتائج
تكشف نتائج هذه الدراسة أن حوالي 55-60% من CO₂ المنبعث في عمود الماء بسبب تأثيرات الصيد القاعي على مخزونات الكربون في الرواسب يتم إطلاقه في الغلاف الجوي خلال حوالي تسع سنوات بعد الصيد. تظل هذه النسبة ثابتة حتى عام 2100، مما يشير إلى قابليتها لتقدير انبعاثات CO₂ الناتجة عن الصيد عبر سيناريوهات تاريخية ومستقبلية مختلفة. تشير التحليلات إلى أنه بين عامي 1996 و2020، قد يكون الصيد القاعي قد ساهم بـ 8.5-9.2 Pg CO₂ في الغلاف الجوي، مما يعادل حوالي 0.34-0.37 Pg CO₂ سنويًا، وهو ما يمثل حوالي 9-11% من الانبعاثات العالمية الناتجة عن تغيير استخدام الأراضي في عام 2020. تؤكد النتائج على إمكانية حماية الكربون العضوي في قاع البحر كحل مناخي، مع توقعات تشير إلى أن استمرار الصيد قد يؤدي إلى زيادة إضافية قدرها 0.2-0.5 ppm في CO₂ الجوي بحلول عام 2030 و1.03-1.36 ppm بحلول عام 2070.
تسلط الدراسة أيضًا الضوء على الإفراج السريع عن CO₂ الناتج عن الصيد، حيث تحدث تقريبًا جميع الانبعاثات خلال 7-9 سنوات، مما يشير إلى أن السياسات التي تهدف إلى تقليل الصيد يمكن أن تخفف بسرعة من مساهمته في تركيزات CO₂ الجوية. ومن الجدير بالذكر أنه تم تحديد بؤر انبعاث CO₂ الجوية في مناطق مثل بحر الصين الشرقي وبحر الشمال، مع تأثيرات عبر الحدود تعقد نسب الانبعاثات إلى أنشطة الصيد المحددة. بالإضافة إلى ذلك، تشير الأبحاث إلى أن 40-45% من انبعاثات CO₂ تبقى مذابة في مياه البحر، مما يزيد من حموضة المحيطات، لا سيما في البحار شبه المغلقة مثل بحر الصين الشرقي وبحر الصين الجنوبي. تدعو الدراسة إلى مزيد من التحقيق في التأثيرات المحلية للصيد على كيمياء المحيطات وتداعياتها على النظم البيئية البحرية.
المناقشة
في هذا القسم، يناقش المؤلفون تأثير الصيد القاعي على إعادة معدنة CO₂ وانبعاثاته اللاحقة في الغلاف الجوي. يستخدمون نموذجًا يعتمد على منهجية Sala et al. (2021) لتقدير نسبة الكربون العضوي في الرواسب البحرية التي يتم إعادة معدنتها إلى CO₂ مائي بسبب أنشطة الصيد. تشمل المعلمات الرئيسية نسبة حجم المساحة الممسوحة (SVR)، التي تقيس إزعاج الكربون في الرواسب، وثوابت معدل التحلل من الدرجة الأولى، التي تختلف حسب المنطقة المحيطية. تجد الدراسة أنه بعد عقد من الصيد، يستقر تدفق CO₂ عند حوالي 27.2% من التدفق الأولي، مع تداعيات كبيرة على دورة الكربون على المدى الطويل والانبعاثات الجوية.
كما يستخدم المؤلفون إطارين نماذجيين، OCIM وGISS، لمحاكاة تأثيرات الصيد على تدفقات CO₂ بين الهواء والمحيط. يقيمون سيناريوهات مختلفة لانبعاثات الصيد من 1996 إلى 2070، كاشفين أن الانبعاثات الجوية الناتجة عن الصيد قوية عبر النماذج، على الرغم من أن التقديرات الإقليمية تحمل درجة أكبر من عدم اليقين بسبب الدقة الخشنة. تشير النتائج إلى أن 55-60% من CO₂ الناتج عن الصيد القاعي يتم إطلاقه في الغلاف الجوي خلال تسع سنوات، مما يبرز أهمية معالجة الصيد القاعي في السياسات المناخية. يدعو المؤلفون إلى مزيد من الدراسات التجريبية لتحسين تقديرات الانبعاثات ويؤكدون على الحاجة إلى نماذج عالية الدقة لالتقاط العمليات المحلية التي تؤثر على ديناميات الكربون، فضلاً عن العواقب المحتملة لزيادة الكربون غير العضوي المذاب (DIC) على حموضة المحيطات.
DOI: https://doi.org/10.3389/fmars.2023.1125137
Publication Date: 2024-01-18
Author(s): Trisha B. Atwood et al.
Primary Topic: Ocean Acidification Effects and Responses
Overview
The research investigates the impact of bottom trawling on carbon emissions and ocean chemistry, revealing that 55-60% of the carbon dioxide (CO₂) released from trawling activities is emitted into the atmosphere within 7-9 years. From 1996 to 2020, global bottom trawling may have contributed approximately 0.34-0.37 Pg CO₂ per year, significantly affecting local water pH in heavily trawled regions. These findings suggest that managing bottom trawling could serve as an effective climate mitigation strategy.
The study underscores the potential of ocean-based solutions to help meet climate targets, particularly in limiting global temperature increases to 1.5°C while also enhancing biodiversity and food security. However, current climate policies face challenges in estimating avoided emissions, necessitating further field studies to clarify the effects of bottom trawling on carbon dynamics. The authors advocate for the integration of high-resolution regional models to improve emission estimates and highlight the importance of considering the broader ecological impacts of trawling, such as its role in increasing dissolved inorganic carbon (DIC) levels, which may exacerbate ocean acidification.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the critical role of marine sediments as long-term carbon stores, where organic carbon can remain unmineralized for extensive periods. However, human activities, particularly bottom trawling, pose significant threats to this carbon permanence by disturbing seabed sediments and potentially releasing 0.16-0.40 Pg C per year of previously buried organic carbon for microbial degradation. This disturbance’s ultimate impact on the global carbon cycle remains unquantified, complicating the formulation of effective climate policies aimed at protecting marine carbon stocks.
The paper emphasizes the need for research to address the complexities of quantifying atmospheric emissions resulting from anthropogenic activities beneath the ocean’s surface. It outlines the study’s objective to examine the fate of carbon released due to trawling from 1996 to 2020 and under future scenarios, estimating the fraction of CO₂ emitted into the atmosphere. The research employs data and assumptions from previous studies, utilizing two ocean circulation models—the Ocean Circulation Inverse Model (OCIM) and the NASA Goddard Institute for Space Studies (GISS) ModelE2.1—to simulate CO₂ exchange dynamics between the ocean and atmosphere, thereby contributing to a better understanding of the implications of bottom trawling on climate change mitigation efforts.
Results
The results of this study reveal that approximately 55-60% of the CO₂ released into the water column due to bottom trawling impacts on sediment carbon stocks is emitted to the atmosphere within about nine years post-trawling. This fraction remains consistent through 2100, indicating its applicability for estimating trawling-induced CO₂ emissions across various historical and future scenarios. The analysis suggests that between 1996 and 2020, bottom trawling may have contributed 8.5-9.2 Pg CO₂ to the atmosphere, equating to approximately 0.34-0.37 Pg CO₂ per year, which represents about 9-11% of global emissions from land-use change in 2020. The findings underscore the potential for seabed organic carbon protection as a climate solution, with projections indicating that continued trawling could lead to an additional increase of 0.2-0.5 ppm in atmospheric CO₂ by 2030 and 1.03-1.36 ppm by 2070.
The study also highlights the rapid release of trawling-induced CO₂, with nearly all emissions occurring within 7-9 years, suggesting that policies aimed at reducing trawling could quickly mitigate its contribution to atmospheric CO₂ concentrations. Notably, atmospheric CO₂ emission hotspots were identified in regions such as the East China Sea and the North Sea, with cross-boundary effects complicating the attribution of emissions to specific trawling activities. Additionally, the research indicates that 40-45% of the CO₂ emissions remain dissolved in seawater, exacerbating ocean acidification, particularly in semi-enclosed seas like the East and South China Sea. The study calls for further investigation into the localized impacts of trawling on ocean chemistry and its implications for marine ecosystems.
Discussion
In this section, the authors discuss the impact of bottom trawling on CO₂ remineralization and its subsequent emissions into the atmosphere. They employ a model based on the methodology of Sala et al. (2021) to estimate the fraction of organic carbon in marine sediments that is remineralized to aqueous CO₂ due to trawling activities. Key parameters include the swept volume ratio (SVR), which quantifies the disturbance of carbon in sediment, and the first-order degradation rate constants, which vary by oceanic region. The study finds that after a decade of trawling, CO₂ efflux stabilizes at approximately 27.2% of the initial flux, with significant implications for long-term carbon cycling and atmospheric emissions.
The authors also utilize two modeling frameworks, OCIM and GISS, to simulate the effects of trawling on air-sea CO₂ fluxes. They assess various scenarios of trawling emissions from 1996 to 2070, revealing that the atmospheric emissions from trawling are robust across models, although regional estimates carry greater uncertainty due to the coarse resolution. The findings indicate that 55-60% of CO₂ produced from bottom trawling is released into the atmosphere within nine years, underscoring the importance of addressing bottom trawling in climate policy. The authors call for further empirical studies to refine emission estimates and emphasize the need for high-resolution models to capture local processes affecting carbon dynamics, as well as the potential consequences of increased dissolved inorganic carbon (DIC) on ocean acidification.