Af alle verdens have har Sortehavet en helt særlig profil. Det er omgivet af land og kunne endda forveksles med en stor sø, hvis det ikke var fordi, det er direkte forbundet med Middelhavet gennem Bosporusstrædet, en lille vandvej på en kilometer i bredden. Et hav omgivet af land, der bestemmer dets særlige karakteristika. “Sortehavets hovedforsyning af vand kommer fra floder. Især Donau”, forklarer Arthur Capet, der er førsteforfatter til publikationen om nedgangen i iltindholdet i Sortehavet og forsker ved MAST under ledelse af Marilaure Grégoire, forskningsdirektør ved FNRS. “Dette ferskvand, som er mindre tæt end havvand, koloniserer de øverste lag af vandsøjlen uden at blande sig med de nederste lag.” Fordi de nederste lag er langt mere salte. Oprindelsen skal findes sydvest for Sortehavet, i Bosporus. “Her er der en udveksling med Middelhavet i to lag. Det ferske vand ved overfladen strømmer ud, og længere nede strømmer saltvandet ind og synker direkte mod de tættere lag.”
Den permanente lagdeling, der er knyttet til saltholdigheden, haloklinen, fratager det dybe vand dets ilt. Den marine fødekæde udvikler sig derfor over denne grænse, hvorunder vandet er iltfattigt. “Alligevel tilfører tilstrømningen fra Middelhavet en lille mængde ilt til de mellemliggende lag. Ikke alene indeholder den ilt, men når den falder nedad, trækker den også overfladevand med sig. Denne ilt forbruges imidlertid meget hurtigt i takt med, at det organiske materiale nedbrydes.” Det, der sker, er, at det organiske materiale (plankton, alger osv.), der er produceret på overfladen ved fotosyntese, nedbrydes eller forbruges og udstødes af andre arter i den trofiske kæde. I begge tilfælde synker det til sidst. Da det kræver ilt at nedbryde det, bliver de få reserver, der findes i de nederste lag, opbrugt.
“Det iltede og dermed beboelige område i Sortehavet er et meget begrænset område. Dette er tilfældet horisontalt, fordi bækkenet er næsten helt lukket, og også vertikalt på grund af denne permanente stratificering. Sammenlignet med andre have er dette begrænsede volumen udsat for store ydre påvirkninger. Det er derfor mere følsomt og i stand til at udvikle sig hurtigt”, forklarer Arthur Capet. Det er denne type udvikling, som forskeren har kunnet observere. Ved at samle de data, der er indsamlet i løbet af de sidste 60 år, kunne han konstatere, at det iltrige øverste lag i Sortehavet var skrumpet fra 140 meter til 90 meters dybde. Imponerende tal, der svarer til et fald på mere end 40 % i det beboelige volumen.
Permanent stratifikation sammenlignet med sæsonbestemt stratifikation
Saltindholdet begunstiger den permanente vertikale stratifikation i Sortehavet. Ud over denne permanente stratificering findes der en sæsonbestemt stratificering som følge af vandets temperatur. “Om vinteren”, fortsætter Arthur Capet, “gør lavere temperaturer ledsaget af kraftigere vinde overfladevandet koldere og rigere på ilt. Men koldt vand er tættere end varmt vand. Derfor synker det kolde vand og tager den ilt, det indeholder, med sig. Dette skaber en ventilationseffekt.” Det er dette periodiske fænomen, der forsyner de dybere lag med ilt. I Middelhavet synker det overfladevand, der afkøles om vinteren, ned til bunden og forsyner hele bassinet med ilt. I Sortehavet er dette vand imidlertid blokeret i den permanente haloklin, selv om det er koldere end det dybe vand. Med hensyn til densitet vinder salt i sidste ende over temperatur. Det kolde vand slutter sin rejse her og beholder sin ilt. Om sommeren varmer overfladevandet op og synker ikke længere, hvilket skaber en ny lagdeling af vandsøjlen, termoklinen.
Flere diagnoser til kontrol af tilstedeværelsen af ilt
For at diagnosticere denne indskrænkning af det iltrige øverste lag måtte Arthur Capet tage hensyn til to kilder til variabiliteter, som skulle skelnes for at undgå fordrejede konklusioner. På den ene side den tidsmæssige variabilitet, der giver et billede af den tidsmæssige udvikling af tilstedeværelsen af ilt i havet, og på den anden side den rumlige variabilitet. “Iltgenindtrængningen er ikke ensartet i alle områder. Især tæt på kysterne, hvor interaktionen mellem strømmen og havbunden inducerer en øget vertikal opblanding, eller tæt på Bosporusstrædet. Det var nødvendigt at tage hensyn til alle de steder, hvor målingerne blev foretaget, for at få et klart billede af denne udvikling i tid. Og så var der endnu en vanskelighed: De dominerende strømme i Sortehavet skaber kræfter, der løfter den vertikale struktur i midten af bassinet og sænker den i periferien. Det betyder, at vandet ved samme dybde vil være mindre tæt tæt tæt på kysten end i midten af bassinet.” Med andre ord ligner haloklinen en kuppel i stedet for at danne en horisontal grænse. For at overvinde denne yderligere vanskelighed kvantificerede forskeren iltkoncentrationen ved at udtrykke dybden i meter på den ene side og i form af densitet på den anden side. Dette gjorde det muligt at finde et konsistent gennemsnit for hele bassinet og opstille en nøjagtig samlet vertikal profil for vandsøjlen.
Drivkræfterne bag denne forbløffende nedgang
Flere historiske databaser indeholdt oplysninger om iltfordelingen i Sortehavet, der var indsamlet under en række kampagner. Ved at sammenholde disse tal og de tal, der er indsamlet af ARGO-bøjerne, som driver frit og sender satellitinformationer om udviklingen af temperatur, saltindhold og ilt, var det muligt at sammenligne mere end 4.000 profiler, der er optaget mellem 1955 og 2015. Ved at foreslå et gennemsnit af alle disse diagnoser og ved at opgøre mængden af ilt i Sortehavet var den endelige observation meget præcis og utvetydig. Iltgennemtrængningen faldt i hele anden halvdel af det 20. århundrede og skrumpede fra 140 meter i 1955 til blot 90 meter i 2015.
Der var to på hinanden følgende årsager til dette gradvise fald. Først en større overflod af næringsstoffer, dernæst den globale opvarmning. Indtil 1990’erne faldt intensiteten af ventilationen i forbindelse med dynamikken i det kolde vand ikke. Den steg endog i visse år i forbindelse med strengere vintre. Derfor burde der have været en større mængde opløst ilt. Koncentrationen af opløst ilt fortsatte imidlertid med at falde i hele vandsøjlen. Det var nødvendigt at lede efter årsagen et andet sted end i den fysiske reaktion, der er knyttet til klimaet. “I virkeligheden”, siger Arthur Capet, “kan denne mangel forklares med den omfattende eutrofiering af bækkenet i denne periode. Den svarer til et stort økonomisk boom i Sovjetunionen, hvor der blev udviklet store landbrug og omfattende kvægavl. Desuden var dette boom ikke ledsaget af miljøhensyn.” Gødningsstoffer og organisk affald i forbindelse med opdræt fandt vej til floderne og endte i Sortehavet. De havde et meget højt nitrat- og fosfatindhold, hvilket fremmede den primære produktion. “Ligesom gødningen tilskynder planter til at vokse, påvirker den også algeproduktionen. Disse alger forbruger ilt, når de henfalder eller bliver opbrugt. En større biomasse fører derfor til et større forbrug af ilt.” I 1990 faldt denne tilstrømning af næringsstoffer betydeligt. Igen ser det ud til, at det var forbundet med en geopolitisk og økonomisk kontekst, da det faldt sammen med Sovjetimperiets fald og de økonomiske vanskeligheder i regionen. Det er også det tidspunkt, hvor de første omfattende miljøforanstaltninger blev iværksat.
Og alligevel steg iltindholdet ikke igen. Tværtimod forblev det uændret i flere år, hvor vintrene var særligt kolde, før det faldt igen. Denne gang var det den globale opvarmning, der var synderen, idet den påvirkede ventilationen. Hvis vintrene er varmere, dannes der en mindre mængde tæt vand, hvilket reducerer iltindholdet, når dette vand synker ned til haloklinen. “Fænomenet kan meget vel blive værre. Tidligere fandt denne dannelse af koldt vand sted hvert år. Men de tal, der er indsamlet i løbet af de sidste ti år, vidner om en stadig mere uregelmæssig dannelse af koldt vand. Vi er i øjeblikket i gang med at analysere vores resultater, men det ser ud til, at denne tidligere årlige ventilation nu kun finder sted hvert andet eller tredje år. Vi kan endnu ikke afgøre konsekvenserne af dette fænomen, men under alle omstændigheder er vi vidne til et system under forandring.”
Ud over en mindre omfattende og lejlighedsvis opblanding dækker denne opvarmning over en anden effekt, der fører til iltmangel. En af de kemiske egenskaber ved koldt vand betyder, at det bliver mindre hurtigt mættet end varmt vand. Jo koldere vandet er, jo mere kan det indeholde opløst gas, hvilket naturligvis omfatter ilt. Efterhånden som det bliver varmere, bliver overfladevandet i stigende grad ude af stand til at opsamle ilt. Det betyder ikke blot, at ilten ikke længere koloniserer Sortehavet i dybden, men også at koncentrationen af ilt falder i hele vandsøjlen. Den iltmangel, der skyldes stigningen i vandets temperatur, er et globalt problem, som berører alle havene. I dag tages problemet meget alvorligt af forskersamfundet.
Implikationer, der skal kvantificeres
Undersøgelsen har først og fremmest til formål at kvantificere de fysiske processer, der er knyttet til vandsøjlen, ved at indsamle og analysere data. Dynamikken synes nu at være forstået korrekt, både med hensyn til rum og tid. Den store ubekendte er fortsat den indflydelse, som disse variationer vil have på økosystemet. De modeller, der gør det muligt at undersøge de forskellige scenarier i Sortehavet, skal nu integreres med disse nye haloklin-, termoklin- og oxyklinedata, således at deres reelle indvirkning kan forudsiges mere præcist. Der kan dog allerede nu udforskes flere veje. “Sortehavet står helt klart over for en betydelig indskrænkning af sit beboelige område. Hele økosystemet dannes i dette lag, lige fra fytoplankton til rovdyr, som udvikler sig i de dybere farvande. Hele den trofiske kæde er organiseret i vandsøjlen i henhold til tilstedeværelsen af lys eller næringsstoffer. Tidligere var den organiseret på 140 meters dybde, men nu skal samspillet mellem disse trofiske grupper finde en ny balance på 90 meters dybde. Det vil få en økologisk og økonomisk betydning. Fiskeriet, som er en af de vigtigste aktiviteter i regionen, vil sandsynligvis blive nødt til at tilpasse sig denne omorganisering.” Ifølge FAO var fangsten på 376 000 tons i 2013. Knap to gange mindre end for hele Middelhavet.”
En giftig outsider
En sidste proces fortjener at blive overvåget. Som tidligere nævnt forbruger biomasse ilt, når den henfalder. Når der ikke er mere ilt, fortsætter denne biomasse med at forfalde, hvilket fører til bakteriernes forbrug af sulfater og produktion af svovlbrinte (H2S), som er en meget giftig gas. Den permanente lagdeling af Sortehavet virker som et låg over det dybe vand, hvor svovlbrinten har ophobet sig og nu har nået hidtil usete koncentrationer. Der er på nuværende tidspunkt intet, der beviser, at den mindre dybde, hvor ilten trænger ind i vandet, direkte svarer til en mindre dybde, hvor svovlbrinten begynder at trænge ind i vandet. “Den dybde, hvor H2S dukker op, svarer ikke nøjagtigt til den dybde, hvor ilten forsvinder. Der er en hel række mellemliggende processer i en medianzone, der er suboxisk og uden svovlbrinte. Vi fokuserede på ilt, og vores undersøgelse afslørede en stigning i den øverste grænse af denne zone, men ikke i den nederste. Vi kan antage, at Sortehavets stratificering generelt set vil forblive stabil. Men det er muligt, at hvis H2S skulle stige op, vil ustabilt klima eller ustabile geologiske forhold få svovlbrinten til at trænge igennem det iltholdige lag. Det kunne få store konsekvenser for livet i vandmiljøet. For at afgøre situationen og løse H2S-dynamikken må vi nu modellere disse processer og kvantificere og opgøre koncentrationen af H2S.”