השפעות שינוי אקלים גלובלי על מערכות אקולוגיות ימיות: תמונת מצב עולמית והשלכות על הסביבה הימית בישראל

ינואר 2010, גליון 1, (עמ' 65-57)



-
הדפס PDF שלח לחבר



מבוא
אין זה סוד שהאקלים בכדור הארץ משתנה, ויחד עמו האוקיינוסים. הפאנל הבין-ממשלתי לשינוי האקלים (IPCC), המונה מאות מדענים מרחבי העולם, הראה בבירור בדו"ח שפורסם בשנת 2007 כי שינויים באקלים הואצו מאמצע המאה השש-עשרה, עם המהפכה התעשייתית, והביאו לידי עלייה גלובלית בטמפרטורת האוויר והים [19]. על-פי הדו"ח, יש סיכוי של 90% שהאשמה מוטלת עלינו, בני האדם. הדו"ח מציין גם שבעשורים האחרונים התגבשו הוכחות ברורות לכך ששינויים בטמפרטורה, ב-pH (חומציות), במליחות, במפלס הים, בקרינה האולטרא-סגולה ובדגמי הזרמים באוקיינוסים, קשורים לשינוי האקלים הגלובלי המואץ. העלייה החזויה בתדירות של אירועי אקלים קיצוניים אף צפויה לגרום לעלייה בתדירות ובעוצמה של סערות קשות היכולות לפגוע בקו החוף ולהרוס שוניות אלמוגים. עד לפני שני עשורים בערך יכלו אקולוגים רק לשער מה יהיו ההשלכות של שינויים אלה על מערכות אקולוגיות בכדור הארץ [23]. כיום, לעומת זאת, ניכרות בבירור השפעות השינוי במערכות יבשתיות וימיות בכל רחבי העולם [47, 48].
סקירה שבחנה לפני שלוש שנים את ההשפעות המוכחות והאפשריות של שינוי האקלים על מערכות ימיות חופיות הראתה שהמחקר בתחום זה מתעצם במהירות [14]. עובדה זו איננה מפתיעה לנוכח העדויות הרבות על שינויים שכבר מתרחשים עקב שינוי האקלים הגלובלי. דוגמאות להשפעות אקולוגיות של העלייה בטמפרטורות באוקיינוסים הן, למשל, שינויים בפנולוגיה של אורגניזמים ימיים, הגורמים לאי-תאימות טרופית (תזונתית) בין הופעת אוכלוסיות טורפים לטרפם [7], אירועים חמורים של הלבנת אלמוגים הפוגעים בתפקוד השונית [18], הסטה לכוון הקטבים של מיני דגים שונים באוקיינוס הצפוני [26], והסטה בתפוצה של יצורים בנטוניים (החיים בקשר הדוק למצע קרקעית הים) באזורי חוף ממוזגים [15].
יש כמה דרכים לחקור את השפעת שינויי האקלים על היבטים שונים באקולוגיה: כדי לבחון השפעות אקולוגיות בקנה מידה ביו-גיאוגרפי גדול, נעשה שימוש בנתונים מסקרים כדי לבחון למשל את ההתאמה בין טמפרטורה ובין שינויים בדגמי התפוצה של מינים על קווי האורך. כדי לבחון מה יהיו ההשפעות האקולוגיות של רמות טמפרטורה ו-pH מסוימות על-פי תחזיות אקלימיות שונות, מדענים משתמשים בניסויי מעבדה מבוקרים או במערכות סגורות בשדה, בעיקר כדי לבחון השפעה על פיזיולוגיה או על שרידות של מין אחד או כמה מינים. במקרים בודדים, כפי שנראה בהמשך, אפשר להשתמש בסביבות מלאכותיות או טבעיות שכיום "מחקות" רמות צפויות של משתנים אלו כדי לבחון השפעה על מערכת אקולוגית שלמה. מודלים ביו-פיזיקליים ומודלים של מארגי מזון יכולים גם הם לשמש לבחינת השפעות על מרכיבים שונים במארג המזון.
בסקירה זו נבחן כמה מן העדויות על תמורות אקולוגיות הקשורות לשינויי אקלים, ונבדוק מה אומרות תחזיות שונות על העתיד האקולוגי של הים. הדגש בסקירה יהיה על העלייה בטמפרטורה, בחומציות ובמפלס פני הים. המאמר מתבסס על פרק העוסק בנושא זה שיתפרסם בספר העומד לראות אור בקרוב,[33] אך יש בו גם ציטוטים ודוגמאות חדשות וכן דגש מיוחד על השפעות שינוי האקלים על הימים הגובלים בישראל, ובנוסף נתונים ראשוניים ומעניינים מחופינו היכולים ללמד אותנו על הצפוי למערכת זו לנוכח התחזיות הקודרות על העתיד.
 
השפעותיה של העלייה בטמפרטורה
הטמפרטורה היא הגורם הדומיננטי ביותר בקביעת קצבים ביולוגיים בטבע, מרמת התא ועד רמת המערכת האקולוגית כולה. לגורם זה השפעות ישירות ועקיפות על הפיזיולוגיה והאונטוגנזה (התפתחות) של אורגניזמים, על אופי האינטראקציות הטרופיות ועל עוצמתן, על המגוון הביולוגי ועל הפנולוגיה והביו-גיאוגרפיה של יצורים. לפיכך, לעלייה בטמפרטורה הקשורה לשינויי אקלים השלכות על רוב המערכות האקולוגיות הימיות, באמצעות מנגנונים שונים.
ההשפעה הישירה והברורה ביותר של ההתחממות העולמית היא דרך הקשר הבסיסי ביותר בין טמפרטורה לפיזיולוגיה. תהליכים פיזיולוגיים מרכזיים, ובהם המבנה והתפקוד של חלבונים, נזילות ממברנות, תפקוד איברים [14, 16], תפקוד לב ונשימה מיטוכונדריאלית [43] מושפעים מטמפרטורת הסביבה. התאמות לתנאי הסביבה שנוצרו באורגניזמים שונים, בשילוב העובדה שרבים מהם חיים סמוך לגבול העמידות שלהם לעקת חום, עלולים להביא לידי כך שעלייה קטנה בטמפרטורה תפגע בתפקודם ואולי אפילו בשרידותם. ביטוי לכך אפשר למצוא, למשל, בתגובת חלבוני עקת חום (heat-shock proteins) בחלזונות ובסרטני כרית, החיים בתפר שבין הים ליבשה ולכן חשופים לשינויים הן בטמפרטורת האוויר והן בטמפרטורת הים [44], וכן בעלייה בהיקף המרחבי ובעוצמה של אירועי הלבנה של אלמוגים. [24] הקשר בין אירועי הלבנה לשינוי אקלים ברור [12, 18], ובמקרים רבים הוא מלווה באירועי תמותה נרחבים של אלמוגים ובשינוי כללי במבנה חברת השונית. המנגנון המכונן של אירועים אלו אינו מובן לנו לחלוטין [21], אך ידוע כי בהלבנה מאבדים האלמוגים את רוב הזואוקסנטלות - מיקרו-אצות אנדו-סימביוטיות החיות ברקמת האלמוג ואחראיות על אספקת האנרגיה לאלמוגים - וכך מקבלים האלמוגים גוון חיוור-לבן. חשיפה קצרה לטמפרטורות גבוהות תאפשר התאוששות של מינים רבים של אלמוגים, אך חשיפה של ימים רבים או שבועות, תגדיל מאוד את שיעור התמותה, ושוניות שלמות יכולות להיכחד [1].

השפעות של עלייה בחומציות (החמצת) האוקיינוסים
לאוקיינוסים תפקיד חשוב ב"אחסנת" חלק מהפחמן הדו-חמצני המצוי באטמוספרה. חישובים מראים כי האוקיינוסים אחראים גם לקליטת מחצית מכמות הפליטות מעשי ידי אדם עד שנת 1994 [37], ו-30% מהפליטות בשנים האחרונות ממש [9]. מצד שני, קליטת הפחמן הדו-חמצני צפויה לגרום לירידה של 0.5-0.3 יחידות ברמת ה-pH ב-100 השנים הקרובות במימי פני השטח של האוקיינוסים. עלייה בחומציות שכזו, אם אכן תתרחש, חורגת מכל תנודת pH מתועדת ברשומות המאובנים מ-300-200 מיליון השנים האחרונות [5]. לקצב השינוי הצפוי חשיבות גם בנוגע לסיבולת הייצורים השונים וליכולתם להסתגל לתמורות אלו. עם קצב שינוי הגדול פי מאה מהמתועד עד עתה, יכולת ההתמודדות של אורגניזמים רבים עלולה להיות מוגבלת, והשפעות ניכרות על האקולוגיה של אקוסיסטמות ימיות הן בגדר תחזית סבירה ביותר, ולמעשה כבר ניכרות בשטח.
ירידה בערכי ה-pH טומנת בחובה השלכות פיזיולוגיות על תהליכים שונים, ובהם תהליכים תת-תאיים כמו סינתזת חלבונים ושחלופי יונים [30]. או השלכות פיזיולוגיות ומכאניות ארוכות טווח, בעיקר על יצורים בוני שלד גירני (קרבונאטי), כמו ירידה בקצבים המטבוליים ובקצבי הגידול, כפי שכבר הומחש במניפולציות pH בצדפות [26]. במחקרים דומים הציגו גם קווצי-עור ורכיכות ירידה בקצבי גידול ובשרידות [41].
קצבי השקעת השלד ירדו בשנים האחרונות עקב עלייה בריכוזי פחמן דו-חמצני בחד-תאיים בעלי שלד גירני כמו קוקוליתופורידים (Coccolithophores) ופוראמניפרה (Foraminifera), וכן באצות גירניות, אלמוגים בוני שונית, וחלזונות פלאגיים מקבוצת הפטרופודה [  (Pteropods) [8, 9, 20, 32. ברמת הגידול של המערכת האקולוגית, תגובות אלו משפיעות בין השאר על ההרכב ועל שינויים במיני פיטופלנקטון, על-פי מידת רגישותם לשינויים בחומציות המים. נוסף על כך, שינויים כימיים אלו באוקיינוס צפויים להחליש שלדי אלמוגים קיימים ולצמצם גדילה של שוניות [18] ואף עלולים להביא לידי קריסה של אוכלוסיות פטרופודים - מרכיב מרכזי בשרשרת המזון באזור הקטבים [27]. לכך עלולות להיות השפעות על המבנה והמגוון הביולוגי במערכות אקולוגיות אלה.
גם בהיבט זה מתאפשרת לנו הצצה לעבר ההשפעות העתידיות של החמצת האוקיינוסים, בדמות נביעות געשיות טבעיות של פחמן דו-חמצני באתרים חופיים רדודים באיטליה. מחקר שהשווה את מבנה חברת הבנטוס (הקשורה לקרקעית) באזור הנביעות ובאזורים סמוכים, שבהם המים הם בעלי מידת חומציות נורמלית, הראה כי באזורים שבהם ערכי pH נמוכים בכ-0.5 יחידות מהערך הממוצע באוקיינוס כיום (ערכים החזויים עד 2100 עפ"י ה–IPCC), מספרם של יצורים משקיעי שלד גירני כמו אלמוגים, קיפודי ים ואצות גירניות, נמוכה באופן ניכר בהשוואה לאזורים עם ערכי pH נורמליים, זאת לצד עלייה ביצרנות של עשבי ים באזורים ה"חמוצים" יותר [13, 31]. כמו כן, קונכיותיהם של חלזונות סמוך לנביעות היו דקות ונקבוביות יותר מבאזורים מרוחקים.
המשמעות של ירידה בהשקעת השלד ואפילו המסה של שלדי אלמוגים עלולה להיות הרת אסון לשוניות האלמוגים בעולם. מחקר חדש מתאר ירידה של 13% בקצב השקעת השלד מאז שנת 1990 בשונית המחסום הגדולה באוסטרליה - מערכת השוניות הגדולה בעולם - והחוקרים קושרים זאת לשילוב של שני התהליכים: החמצת האוקיינוסים ועליית הטמפרטורות [6]. מודלים צופים כי עם הכפלת ריכוז הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה, יפסיקו שוניות האלמוגים לגדול כליל, ובמקום זאת יתחילו להתמוסס [42]. מדובר בתחזית קודרת ביותר לבית הגידול הימי הנחשב העשיר ביותר במגוון המינים בסביבה הימית.
היבט מעניין נוסף הקשור לעליית ריכוז הפחמן הדו-חמצני אינו קשור בהכרח להחמצה, אלה דווקא לקצבי הגידול. הפחמן הדו-חמצני הוא מרכיב הכרחי בתהליך הגידול, והיה אפשר לשער שכמו בצמחי יבשה רבים, עלייה בריכוז הפחמן הדו-חמצני תגביר את קצבי הגידול של צמחים ימיים, וכך בעצם תפחת השפעתו באטמוספרה. אלא שבצמחים ימיים, חוץ מעשבי ים, כלומר במאקרו-אצות, הודגמה דווקא רוויה לפחמן ברוב הקבוצות, כך שאין הם צפויים להגביר את קצבי גידולן עקב העלייה בריכוזי הפחמן הדו-חמצני. לעומת זאת, ייתכן שבאזורים מסוימים, עם העלייה בריכוזי הפחמן הדו-חמצני המומס, יוחלפו מאקרו-אצות בעשבי ים, בגלל אותם הבדלים של מגבלת פחמן. הבדלים אלו נובעים מהעידנים השונים שבהם התפתחו קבוצות טקסונומיות אלו [14]. קיימים אזורים שבהם חסרים מרכיבים כימיים אחרים, החיוניים לגידול צמחים כמו ברזל במרכז האוקיינוס הדרומי. במקרה זה בודקים מדענים, כבר יותר מעשור, את האפשרות להוסיף ברזל למים כדי להגביר את ייצור הפלנקטון המיקרוסקופי הצמחי. כך אולי יהיה אפשר "לשאוב" פחמן דו-חמצני מן האטמוספרה "ולקבור" אותו בקרקעית הים - ולהפחית בכך את השפעתו כגז חממה [2, 3]. אך תוכניות אלו, בקנה המידה הגדול הנדרש לשם השפעה אמיתית על ריכוז הפחמן באטמוספירה, נשמעות כמעט דמיוניות, ויש להן מתנגדים רבים, בין השאר מכיוון שאי-אפשר לצפות אילו עוד תמורות (אולי לא רצויות) יתרחשו במערכות אקולוגיות אלו לנוכח שינויים דרמטיים כל כך בפריחת האצות.
בחופי ישראל, שהמצע הסלעי העיקרי שלהם, הכורכר, הוא מבוסס גיר, עלולה החמצת האוקיינוסים להשפיע על המצע עצמו. הדבר יכול לגרום למשל לבליה מואצת של סלעי החוף ולקריסת טבלאות הגידוד הייחודיות לחופי הארץ, שהן טבלאות שטוחות של כורכר בגובה פני הים באזור הכרית. להחמצה יכולה כמובן להיות גם השפעה על הייצורים הגירניים בבית הגידול, ובמיוחד למהנדסי הסביבה, המעצבים ומאפשרים למעשה את קיומן של הטבלאות בעוצרם את בליית הסלע בדיוק בגובה מפלס פני הים: אלה הם החלזונות השילשולניים קבועי המקום, היוצרים צברים צפופים ושומרים בגופם הגירני הקשה על הטבלאות מפני בליה [38, 45]. אך מתברר שעוד לפני שהחומציות השיגה אותם, חלזונות אלו כבר נעלמים מחופינו בשנים האחרונות, מסיבות שעדיין אינן ידועות (ואולי קשורות לשינוי האקלים). עדויות ראשוניות לכך נצפו כבר בשנות התשעים [33], וכיום הן מתחזקות: בתצפיות בשנת 2009 עדיין לא מצאנו אף לא פרט אחד של המין Dendropoma petraeum, המתקיים בעיקר בשולי טבלת הגידוד ויוצר כרכוב מוגבה. ייתכן כי המין נמצא על סף היכחדות לאורך החוף הישראלי (רילוב, נתונים שלא פורסמו). משמעות היעלמותם של החלזונות יכולה להיות לפיכך בלייה מהירה במיוחד של הסלע וקריסת הטבלאות בתוך כמה עשרות או מאות שנים, תלוי בקצב הבלייה הטבעי ובהשפעתו של תהליך החמצת האוקיינוסים.


עליית מפלס פני הים
אחת ההשפעות של העלייה בטמפרטורה באטמוספרה ובים היא עלייה במפלס פני הים. הסיבות לכך מגוונות, אך העיקריות שבהן הן המסת הקרחונים המכסים את היבשות והתפשטות תרמלית של נפח המים [4, 25]. שינוי במשטר הזרמים באוקיינוסים יכול גם הוא לתרום לעליית המפלס במקומות מסוימים. המודלים האוקייניים מראים כי מפלס הים יעלה במידה שונה במקומות שונים בעולם. רוב התחזיות מדברות על עלייה של עשרות סנטימטרים במאה הנוכחית, ויש כאלה החוזים אף עלייה במטרים ספורים. המשמעות של עליית מפלס פני הים לאוכלוסייה האנושית ברורה ביותר: היא תגרום להצפת אזורים גדולים של החוף, להמלחת מי התהום ולהאצה של הבלייה בחוף, במיוחד לנוכח הצפי להתגברות העוצמה והתדירות של סערות בים. כמה איים באוקיינוס השקט שמרבית שטחם מצוי רק מעט מעל הגובה הממוצע של פני הים, כבר חווים זאת הלכה למעשה, ויש סיכוי רב שתושביהם יצטרכו להיערך לקראת פינוי בשנים הקרובות.
ההשפעות האקולוגית של עליית מפלס הים מורכבות יותר, וגם הן תלויות מאוד באזור. מטבע הדברים, המערכות האקולוגיות שיושפעו ביותר משינויים אלו הן של הכרית והתת-כרית הרדוד. להערכת Galbraith, גם על-פי תחזיות שמרניות של עליית מפלס הים, יאבדו 70-20 אחוזים משטחי הכרית בכמה מהמפרצים הגדולים ביותר בארה"ב, שבהם אוכלוסיות גדולות של עופות חופים ועופות ים חורפים [10]. אובדן כזה יכול להקטין באופן משמעותי את גודל אוכלוסיותיהן של עופות אלו, ובכך עלול להשפיע על כלל מארג המזון של בית הגידול. בחופים שבהם משרעת הכרית היא מינימלית, השפעתה של עליית המפלס, ואפילו קטנה, צפויה להיות משמעותית ביותר. דוגמה לכך היא החוף הישראלי של הים התיכון. בחופינו משרעת הגאות והשפל היא 30-20 ס"מ בממוצע, והמקסימום הוא כ-40 ס"מ. על-פי נתונים שאוסף כבר שנים רבות דב רוזן מהמכון הלאומי לאוקיינוגרפיה של חקר ימים ואגמים לישראל, עלה המפלס משנת 1992 ועד 2008 ב-8.5 ס"מ [36], כלומר כשליש מן המשרעת הממוצעת - ערך יחסי גבוה מאוד לכל הדעות. רוזן מציין שיש אף תחזיות לעלייה של כמטר שלם בחופינו, עוד במאה הזאת. מעבר לבעיות שעלייה כזו יכולה ליצור עבור האדם לאורך החוף (הצפות, בליה וקריסה של צוקים ועוד), המשמעות לבית הגידול הייחודי של הכרית בישראל, טבלאות הגידוד, עלולה להיות הרת אסון. למרות משרעת הגאות והשפל המינימלית בחופי ישראל, אזור הכרית בחופינו נרחב ביותר. הסיבה לכך היא שהטבלאות המצויות בדיוק בגובה מפלס פני הים, וחשופות לסירוגין לאוויר (בזמן השפל) ולמי הים (בזמן הגאות או פעילות גלים), יכולות להגיע במקומות מסוימים לרוחב של עשרות מטרים, ומתקיים עליהן מגוון מינים ייחודי שאינו קיים על משטחים סלעיים במפלסים שמעליהן או מתחתיהן. סקר עדכני בחוף שקמונה מראה כי עושר המינים על פני הטבלה גבוה פי שניים-שלושה ממפלסים נמוכים ממנו ב-50-10 ס"מ בלבד, כלומר בחגורות גובה הגובלות באזור התת-כרית או מצויות בו ממש (איור 1). משמעות הדבר ברורה: עלייה של עשרה ס"מ ויותר עלולה לגרום לצניחה של מגוון המינים לאורך החוף, מכיוון שלטבלאות נרחבות אלו אין תחליף דומה במפלסים גבוהים יותר. גב הטבלאות ברוב אזורי החוף מאופיין בחוף חולי (כמו בשקמונה לדוגמה, איור 2) או בקירות אנכיים בגובה מטרים ספורים (לדוגמה חוף הבונים ואכזיב). כלומר, לא קיימים משטחים סלעיים גבוהים שיכולים להוות חלופה לטבלאות הגידוד, ואלה גם לא ייווצרו בעתיד אם החלזונות בוני טבלאות הגידוד אכן נכחדים באזורנו. נוסף על כך, ידוע שחברות החי והצומח באזור הכרית שונים מאוד בין מפנים אנכיים ואופקיים, ולפיכך, גם בשל סיבה זו, אופי מגוון המינים יהיה שונה מאוד אם יעלה מפלס הים בחופינו [46].

סיכום
אפשר לומר בוודאות כי שינוי האקלים הגלובלי כבר הטביע את חותמו על האקולוגיה של הים ברחבי העולם, והוא משנה בקצב גובר והולך מגוון רחב של מערכות אקולוגיות. התחזיות לעתיד קודרות למדי: השילוב של העלייה בטמפרטורה, במפלס פני הים ובחמיצות המים, נוסף על שינוי הזרמים, תדירותן ועוצמתן של סערות ועוד, ישנה את האקולוגיה באוקיינוסים באופן דרמטי. אך הבנתנו בנוגע למלוא משמעותם של שינויים אלו עדיין בחיתוליה, ונדרש עוד מחקר רב בתחום. גם החוף הישראלי, הן שונית האלמוגים באילת והן הים תיכון, עוברים ועוד צפויים לעבור שינויים דרמטיים בעשרות השנים הקרובות. לנוכח זאת, מדענים ואנשי ניהול ומדיניות חייבים לקיים דיאלוג שמטרתו לגבש תוכניות ניטור ארוכות טווח, וכך גם מחקר בסיסי על התהליכים בבתי גידול אלו ועל האופן שבו יגיבו לשינויים הצפויים. מהלכים אלו יאפשרו לעקוב אחר התמורות ולבנות תחזיות ריאליות באשר לכיוונים שבהם צפויה להשתנות המערכת הימית בטווח הזמן הנראה לעין. במקביל, יש להיערך לשינויים אלו על-ידי תכנון כלים לניהול יעיל על בסיס מדעי, אך אין ספק כי הפעילות החשובה ביותר יכולה להיות בתרומתנו למניעת המשך ההידרדרות העולמית, באמצעות השתתפות במאמצים לבלימת הגורמים היוצרים את ההתחממות, בעיקר פליטת גזי חממה.
בימים אלו מנסה קבוצת המחקר שלנו במכון לחקר ימים ואגמים בחיפה לבנות בסיס לתוכנית ניטור כזו באזור החוף הסלעי של הים התיכון, תוכנית שתאפשר מעקב צמוד אחר שפיעות המינים בבית גידול זה. תוכנית הניטור מיועדת לתעד שינויים במבנה חברת החי והצומח - קריסה והיעלמות של מינים מקומיים וכן הופעת מינים חדשים לאורך החוף, ולקשור שינויים אלו למגמות בתנאי הסביבה. כמו כן יתבצעו מחקרים בים ובמעבדה שיסייעו בחיזוי חלק מהשינויים הצפויים למינים רגישים ולחברה האקולוגית כולה.




הצתרפו לקבוצה השפעות דינמיות לאקלים
שמואל
02/06/2015
https://www.facebook.com/groups/409795372502033/



רשות הטבע והגנים החברה להגנת הטבע Israel Nature and Parks Authority Society for the Protection of Nature in Israel