Havets dolda andetag
Det råder syrebrist i haven. Stora pengar pumpas årligen in i åtgärder mot övergödning, i hopp om att lägre tillväxt av alger och växtplankton ska leda till att syrehalterna går upp igen. Men vår forskning visar att havssamhället inte slutar andas bara för att det växer långsammare. Snarare tvärtom.
Syrehalten i våra hav måste vara tillräckligt hög för att de som lever i haven ska kunna överleva. Tyvärr har syrenivån gått ner i stora delar av Östersjön och delar av världshaven. I Östersjön har kostsamma åtgärder satts in för att bekämpa syrefria bottnar och för att upprätthålla hälsosamma ekosystem. En strategi har varit att på olika sätt minska tillförseln av näringsämnen från land till hav, för att på så sätt minska syrekonsumtionen i havet. Men hur effektiva är egentligen våra dyra åtgärder mot övergödning för att höja syrehalten?
Vardagsbestyr
Då vi andas konsumerar vi syre för att förvandla syre och kolföreningar, till exempel socker, till energi. Man kan på så sätt se på alla levande varelser som små energifabriker som själva förbrukar den energi som produceras. I vår vardag då vi går till jobbet, skriver texter eller talar med varandra så andas vi undermedvetet utan uppehåll. En del av den energi som då produceras används för att upprätthålla viktiga funktioner i våra kroppar. Det är ju rätt logiskt att ett liknande behov finns hos till exempel fiskar. Och ja, även hos bakterier.
Under de senaste fyra åren har vi lärt oss mer om denna typ av andning i våra hav. Men dessa insikter börjar redan på 1920-talet. I odlingar såg forskare att bakterier förbrände mer socker än vad som omvandlades till nya celler. Det blev tydligt att även dessa små celler betalar en underhållskostnad i form av energi för att kunna röra sig, sköta om cellväggar, upprätthålla saltbalansen och liknande funktioner.
I början av 1980-talet utvecklades den så kallade Pirt-modellen, som beskriver hur underhållsandning är beroende av eller beror på tillväxthastigheten hos tarmbakterien Klebsiella aerogenes i kulturer. Genom att applicera denna modell på havsbakterier har vi börjat förstå vilken roll underhållsandning har i naturen, vilket öppnar för nya tankesätt ur miljöförvaltningsperspektiv.
Att leva är att andas
Bakterier är, trots sin ringa storlek, de största konsumenterna av syre i våra hav när de bryter ner döda organismer och omsätter olika näringsämnen. Man har uppskattat att mellan 50 och 80 procent av all syrekonsumtion i havet härstammar från bakteriers andning. Förklaringen är deras stora antal, cirka 1 miljard bakterier per liter vatten, och deras effektiva tillväxt.
Med hjälp av Pirt-modellen visar vi att mer än hälften av bakteriernas andning utgörs av underhållsandning. Det betyder att hälften av den andning vi försöker minska genom begränsning av fosfor- och kväveutsläpp inte ger någon märkbar effekt på syrehalterna. Det finns till och med risk för att en minskad tillväxt kan höja underhållsandningen. Orsaken är att bakterier verkar öka sin underhållsandning när livssituationen blir sämre, särskilt vid brist på fosfor. Resultatet blir att vi snarare ökar syrekonsumtionen om halten kväve eller fosfor minskar. Förutsättningen är att det finns tillräckligt med kolsubstrat, vilket ofta är fallet i de norra delarna av Östersjön.
Forskaren Kevin Vikström tar vattenprover i Gullmarsfjorden för analyser av bakteriell andning. Foto: Johan Wikner.
Fjärdens bakgrundsandning
Vi har nu redogjort för bakteriers roll i syrekonsumtionen, samt hur svårt det kan vara att påverka syrekoncentrationen genom att reglera fosfor och kväve. Då är det dags att titta på syrekonsumtionen i en hel fjärd, med alla levande organismer som andas och växer.
Men vad är det för kol som finns i vattnet när det inte sker någon tillväxt av växtplankton och alger? Jo, i Bottniska viken är det främst kol från land som transporterats in i fjärden via älvar, samt i viss mån äldre kolföreningar som tidigare har producerats i havsmiljön men inte brutits ner än.
När det inte fylls på med nytt lättillgängligt kol från växtplanktonproduktionen fortsätter de organismer som finns kvar, däribland bakterierna, att istället äta kolet från älvarna samt de övriga äldre kolföreningar som återstår från växtplanktonproduktionen och döda organismer. Det är detta som utgör bakgrundsandningen.
Bakgrundsandning är en process som pågår under alla säsonger, även under de perioder då det finns gott om kol från växtplanktonproduktionen. Bakgrundsandningen är då en mindre andel av den totala respirationen under sommarhalvåret, eftersom det då är kol från växtplankton som främst driver respirationen.
Nivån på bakgrundsandningen är svår att mäta. Den ska inte drivas av det "färska" kol som produceras vid tillväxten av växtplankton och bottenlevande alger i ekosystemet. Däremot inkluderar bakgrundsandningen underhållsandningen från alla levande organismer, samt den andning vid tillväxt som drivs av äldre kol i havsområdet.
I vår treåriga studie har vi visat att hälften av den andning som sker i fjärden är bakgrundsandning som inte är direkt kopplad till tillväxten av växtplankton och alger. I vårt fall handlar det om att älven tillför så mycket kol att en stor del av fjärden, främst tack vare bakterier, kan andas på enbart detta. Det innebär att en reducering av det kväve och fosfor som påverkar tillväxten av växtplankton, endast i mycket begränsad omfattning kan minska konsumtionen av syre.
Naturligt ökande kolhalter
Syrekonsumtion drivs i huvudsak av kol från land, åtminstone i Bottniska vikens kustområden, genom betydande tillförsel av kol från älvarna. För att avgöra vilken betydelse bakgrundsandningen har i andra kustmiljöer behövs insamling av fleråriga mätserier av både växtplanktontillväxt och syrekonsumtion.
Idag finns inga skäl att åtgärda hög bakgrundsandning. Om man ville sänka bakgrundsandningen skulle halten av organiskt kol i älvarna behöva minskas. Kolhalterna i älvar har ökat de senaste årtiondena, vilket anses vara en återgång till normala nivåer till följd av minskad försurning och ökad beskogning. Det är därmed inte befogat, och även svårt, att åtgärda nuvarande koltillförsel via älvar. Bakgrundsandning får snarare ses som en minsta naturlig nivå av syrekonsumtion.
En möjlig lösning
Reningsåtgärder för att reducera kväve och fosfor riskerar alltså att inte kunna förbättra syreförhållanden i Bottniska viken. Indirekt kan dock en minskning av fosfor- och kväveutsläpp i Bottniska viken tänkas ge positiva effekter i Egentliga Östersjön och sydliga Östersjöområden, även om det är svårt att säkerställa vetenskapligt. De flesta vattendragen i södra Östersjön tillför inte samma mängd kol som de nordliga svenska och finska älvarna, och därmed är växtplankton den dominerande kolkällan. Där skulle alltså en minskning av fosfor och kväve i slutändan kunna leda till en syrerikare och hälsosammare havsmiljö.