ให้ความรู้เกี่ยวกับออกซิเจน

การลดลงโดยรวมของปริมาณออกซิเจนในมหาสมุทรและน่านน้ำชายฝั่งของโลก ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าการลดออกซิเจนในมหาสมุทร ได้รับการบันทึกไว้อย่างดี แต่การขาดออกซิเจนในแนวปะการังนั้นค่อนข้างมีการสำรวจน้อยเกินไป การสูญเสียออกซิเจนในมหาสมุทรคาดว่าจะคุกคามระบบนิเวศทางทะเลทั่วโลก แม้ว่าจำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อให้เข้าใจถึงผลกระทบทางชีวภาพที่มีต่อปะการังเขตร้อนและแนวปะการังได้ดียิ่งขึ้น การศึกษาซึ่งตีพิมพ์เมื่อวันที่ 16 มีนาคมในวารสารNature Climate Changeเป็นครั้งแรกที่บันทึกสภาวะออกซิเจนในระบบนิเวศของแนวปะการังในระดับนี้ Ariel Pezner นักวิทยาศาสตร์ทางทะเลกล่าวว่า "การศึกษานี้มีความพิเศษไม่เหมือนใคร เนื่องจากห้องปฏิบัติการของเราทำงานร่วมกับผู้ทำงานร่วมกันจำนวนมากเพื่อรวบรวมชุดข้อมูลออกซิเจนทั่วโลกโดยเน้นเฉพาะที่แนวปะการัง ซึ่งไม่มีใครทำได้จริงในระดับโลกมาก่อนด้วยชุดข้อมูลจำนวนนี้" ปัจจุบันเป็นเพื่อนร่วมงานหลังปริญญาเอกที่สถานีนาวิกโยธินสมิธโซเนียนในฟลอริดา "เรารู้สึกประหลาดใจที่พบว่าแนวปะการังจำนวนมากกำลังประสบกับภาวะขาดออกซิเจนในปัจจุบันภายใต้สภาวะปัจจุบัน" ผู้เขียนพบว่าระดับออกซิเจนต่ำกำลังเกิดขึ้นแล้วในที่อยู่อาศัยของแนวปะการังบางแห่ง และคาดว่าจะเลวร้ายลงหากอุณหภูมิของมหาสมุทรยังคงอุ่นขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ พวกเขายังใช้แบบจำลองของสถานการณ์การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่แตกต่างกันสี่แบบเพื่อแสดงให้เห็นว่ามหาสมุทรที่ร้อนขึ้นและการลดออกซิเจนที่คาดการณ์ไว้จะเพิ่มระยะเวลา ความรุนแรง และความรุนแรงของการขาดออกซิเจนในแนวปะการังอย่างมากภายในปี 2100 การวิเคราะห์นำโดย Pezner ในขณะที่เธอเป็นนักศึกษาระดับปริญญาเอกที่ Scripps Oceanography ซึ่งเธอทำงานในห้องทดลอง Scripps Coastal and Open Ocean BiogeochemistrY Research (SCOOBY) ร่วมกับ Andreas Andersson นักชีวธรณีเคมี Pezner และเพื่อนร่วมงานใช้ข้อมูลเซ็นเซอร์อัตโนมัติเพื่อสำรวจความแปรปรวนของออกซิเจนและภาวะขาดออกซิเจนที่แนวปะการัง 32 แห่งที่มีความหลากหลายใน 12 แห่งในน่านน้ำนอกประเทศญี่ปุ่น ฮาวาย ปานามา พัลไมรา ไต้หวัน และที่อื่น ๆ ชุดข้อมูลจำนวนมากถูกรวบรวมโดยใช้เซ็นเซอร์ SeapHOx ซึ่งเป็นเครื่องมือที่พัฒนาโดยห้องปฏิบัติการของ Todd Martz นักวิจัยสมุทรศาสตร์ Scripps เซ็นเซอร์อัตโนมัติเหล่านี้และเซ็นเซอร์อื่นๆ ถูกนำไปใช้ในที่อยู่อาศัยของแนวปะการังต่างๆ โดยเซ็นเซอร์จะวัดอุณหภูมิ ความเค็ม ค่า pH และระดับออกซิเจนทุกๆ 30 นาที ห้องปฏิบัติการ SCOOBY และพันธมิตรได้รวบรวมข้อมูลส่วนใหญ่เพื่อระบุลักษณะทางเคมีของน้ำทะเลและเมแทบอลิซึมของแนวปะการังในสภาพแวดล้อมแนวปะการังที่แตกต่างกัน พันธมิตรระหว่างประเทศมีส่วนสำคัญในการอำนวยความสะดวกในการขนส่งการวิจัยและการเข้าถึงไซต์การศึกษาจำนวนมาก ผู้ร่วมให้ข้อมูลหลายคนยังแบ่งปันข้อมูลจากการศึกษาของพวกเขาเอง ที่ Scripps Oceanography นั้น Martz Lab, Smith Lab และ Tresguerres Lab ต่างมีส่วนสนับสนุนที่สำคัญในการศึกษานี้ ในอดีต ภาวะขาดออกซิเจนถูกกำหนดโดยความเข้มข้นที่เจาะจงมากของออกซิเจนในน้ำ น้อยกว่าสองมิลลิกรัมของออกซิเจนต่อลิตร ซึ่งเป็นเกณฑ์ที่กำหนดขึ้นในปี 1950 นักวิจัยทราบว่าเกณฑ์สากลหนึ่งเกณฑ์อาจใช้ไม่ได้กับทุกสภาพแวดล้อมหรือแนวปะการังทั้งหมดหรือระบบนิเวศทั้งหมด และพวกเขาได้สำรวจความเป็นไปได้ของเกณฑ์การขาด ออกซิเจน สี่แบบที่แตกต่างกัน: อ่อนแอ (5 มก./ลิตร) เล็กน้อย (4 มก./ลิตร) ปานกลาง ( 3 มก./ลิตร) และภาวะขาดออกซิเจนอย่างรุนแรง (2 มก./ลิตร) จากเกณฑ์เหล่านี้ พวกเขาพบว่ามากกว่าร้อยละ 84 ของแนวปะการังในการศึกษานี้ประสบภาวะขาดออกซิเจนในระดับ "น้อยถึงปานกลาง" และร้อยละ 13 ประสบภาวะขาดออกซิเจนในระดับ "รุนแรง" ในช่วงระยะเวลาการรวบรวมข้อมูล ตามที่นักวิจัยคาดไว้ ออกซิเจนจะต่ำที่สุดในช่วงเช้าตรู่ในทุกพื้นที่และสูงสุดในช่วงบ่าย ซึ่งเป็นผลมาจากการหายใจในตอนกลางคืนและการสังเคราะห์ด้วยแสงในเวลากลางวันตามลำดับ Pezner กล่าวในช่วงกลางวันที่ผู้ผลิตหลักบนแนวปะการังมีแสงแดด พวกเขาสังเคราะห์แสงและผลิตออกซิเจน แต่ในเวลากลางคืน เมื่อไม่มีแสงแดด จะไม่มีการผลิตออกซิเจน และทุกสิ่งบนแนวปะการังจะหายใจ หายใจเอาออกซิเจนเข้าและหายใจเอาคาร์บอนไดออกไซด์ออก ส่งผลให้สภาพแวดล้อมมีออกซิเจนน้อยลง และบางครั้งเกิดภาวะขาดออกซิเจน นี่เป็นกระบวนการปกติ Andersson ผู้เขียนอาวุโสของการศึกษากล่าว แต่เมื่ออุณหภูมิของมหาสมุทรเพิ่มขึ้น น้ำทะเลจะกักเก็บออกซิเจนได้น้อยลง ในขณะที่ความต้องการทางชีวภาพสำหรับออกซิเจนจะเพิ่มขึ้น ทำให้ภาวะขาดออกซิเจนในตอนกลางคืนรุนแรงขึ้น “ลองนึกภาพว่าคุณเป็นคนที่คุ้นเคยกับสภาพน้ำทะเล แล้วทุกคืนคุณต้องไปนอนที่ไหนสักแห่งบนเทือกเขาร็อคกี้ ซึ่งอากาศมีออกซิเจนน้อย คล้ายกับที่ปะการังเหล่านี้กำลังประสบอยู่ ตอนกลางคืนและตอนเช้าตรู่เมื่อพวกเขามีภาวะขาดออกซิเจน” แอนเดอร์สันกล่าว "และในอนาคต หากระยะเวลาและความรุนแรงของภาวะขาดออกซิเจนรุนแรงขึ้น ก็อาจเหมือนกับการนอนบนยอดเขาเอเวอเรสต์ทุกคืน" นักวิจัยพบว่าในขณะที่อุณหภูมิโลกยังคงเพิ่มสูงขึ้นและคลื่นความร้อนในทะเลมีความถี่และรุนแรงมากขึ้น สภาวะออกซิเจนต่ำในแนวปะการังจึงมีแนวโน้มที่จะกลายเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้น ทีมงานคำนวณโดยใช้การคาดการณ์จากแบบจำลองสภาพภูมิอากาศว่าภายในปี พ.ศ. 2100 จำนวนการสังเกตภาวะขาดออกซิเจนทั้งหมดบนแนวปะการังเหล่านี้จะเพิ่มขึ้นภายใต้สถานการณ์ที่ร้อนขึ้นทั้งหมด ตั้งแต่เพิ่มขึ้น 13 ถึง 42 เปอร์เซ็นต์ภายใต้สถานการณ์หนึ่งถึง 97 ถึง 287 เปอร์เซ็นต์ภายใต้ สถานการณ์ที่รุนแรงมากขึ้นเมื่อเทียบกับตอนนี้ นักวิจัยกล่าวว่าการวัดค่าออกซิเจนอย่างต่อเนื่องและเพิ่มเติมบนแนวปะการังในฤดูกาลต่างๆ และระยะเวลาที่ยาวนานขึ้นจะเป็น "สิ่งจำเป็น" สำหรับการสร้างเงื่อนไขพื้นฐาน ติดตามเหตุการณ์ที่อาจเกิดภาวะขาดออกซิเจน และคาดการณ์ผลกระทบในอนาคตต่อระบบนิเวศวิทยา สุขภาพ และการทำงานของแนวปะการังได้ดีขึ้น Pezner กล่าวว่า "สภาวะออกซิเจนพื้นฐานนั้นแตกต่างกันอย่างมากในแหล่งที่อยู่อาศัยของแนวปะการังของเรา ซึ่งบ่งชี้ว่าคำจำกัดความแบบเอกพจน์ของคำว่า 'ภาวะขาดออกซิเจน' อาจไม่สมเหตุสมผลสำหรับทุกสภาพแวดล้อม" Pezner กล่าว "การพิจารณาว่าเกณฑ์ใดที่เกี่ยวข้องจะมีความสำคัญในการก้าวไปข้างหน้าในการคาดการณ์ว่าแนวปะการังอาจเปลี่ยนแปลงอย่างไรภายใต้ภาวะโลกร้อนและการสูญเสียออกซิเจน" งานวิจัยนี้ได้รับทุนส่วนใหญ่จาก National Science Foundation และการศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของ Pezner ได้รับการสนับสนุนโดย National Science Foundation Graduate Research Fellowship และรางวัลทุนการศึกษานานาชาติขององค์กรเพื่อการกุศล (PEO) การศึกษานี้เกี่ยวข้องกับผู้เขียนทั้งหมด 22 คน ซึ่งเป็นตัวแทนขององค์กรวิจัยและมหาวิทยาลัยต่างๆ 14 แห่ง รวมถึง UC San Diego; มหาวิทยาลัยเปอร์โตริโกที่ Mayagu?ez; ศูนย์วิทยาศาสตร์การประมงหมู่เกาะแปซิฟิก NOAA; มหาวิทยาลัยมหาสมุทรแห่งชาติไต้หวัน; มหาวิทยาลัยจอร์เจียเซาเทิร์น; มหาวิทยาลัยมอนทานา; สถาบันวิจัยเขตร้อนสมิธโซเนียน; มหาวิทยาลัยแห่งชาติซุนยัตเซ็น; สถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีโอกินาวา; สมาคมการศึกษาทางทะเล สถาบันวิจัยพิพิธภัณฑ์สัตว์น้ำมอนเทอเรย์เบย์; มหาวิทยาลัยแห่งชาติไต้หวัน; และการสำรวจทางธรณีวิทยาของสหรัฐอเมริกา