Okyanus Asidifikasyonu

Okyanus asidifikasyonu, atmosferik karbondioksitin okyanuslar tarafından emilmesi sonucunda deniz suyu kimyasında meydana gelen, pH değerinin düşmesi ve asiditenin artması ile karakterize edilen küresel bir süreçtir. Sanayi Devrimi'nden bu yana insan faaliyetleri sonucu atmosfere salınan karbondioksitin yaklaşık %25 ile %30’u okyanuslar tarafından soğurulmaktadır. Bilimsel literatürde genellikle "küresel ısınmanın kötü ikizi" veya "diğer CO₂ sorunu" olarak adlandırılan bu olgu, deniz ekosistemleri ve bunlara bağlı insan ekonomileri üzerinde hayati tehditler oluşturmaktadır.

Kimyasal Süreci ve Temelleri

Okyanus asidifikasyonu süreci, atmosferdeki karbondioksitin okyanus yüzeyi ile temas etmesi ve suda çözünmesiyle başlar. Çözünen CO₂, su molekülleri ile reaksiyona girerek zayıf bir asit olan karbonik asidi oluşturur. Kararsız bir yapıya sahip olan karbonik asit, hızla ayrışarak bikarbonat ve hidrojen iyonlarına dönüşür. Deniz suyundaki serbest hidrojen iyonlarının konsantrasyonundaki artış, suyun pH değerinin düşmesine ve asiditenin artmasına neden olur. Bu kimyasal süreç, aynı zamanda deniz suyundaki karbonat iyonlarının doygunluk seviyesini de etkilemektedir. ^【1】

Ortamdaki fazla hidrojen iyonları, karbonat iyonları ile tepkimeye girerek daha fazla bikarbonat oluşturma eğilimindedir. Bu durum, kalsiyum karbonat mineralleri olan kalsit ve aragonitin oluşumu için gerekli olan biyolojik olarak kullanılabilir karbonat iyonlarının azalmasına yol açar. ^【2】 Tarihsel veriler incelendiğinde, okyanus yüzey sularının ortalama pH değerinin Sanayi Devrimi'nden günümüze kadar yaklaşık 0.1 birim düştüğü tespit edilmiştir. ^【3】 pH ölçeğinin logaritmik yapısı göz önüne alındığında, bu düşüş asiditede yaklaşık %26 ila %30 oranında bir artışa tekabül etmektedir.^【4】Mevcut asidifikasyon hızının son 300 milyon yılda görülenden 10 kat daha hızlı olduğu belirtilmektedir. ^【5】

Deniz Ekosistemleri ve Biyojeokimyasal Etkiler

Okyanus kimyasındaki bu hızlı değişim, deniz canlılarının fizyolojisi üzerinde derin etkilere sahiptir. Özellikle kabuk ve iskelet yapılarını oluşturmak için kalsiyum karbonata ihtiyaç duyan "kalsifiye" organizmalar üzerinde şu zararlı etkiler görülmektedir:

• Kabuk Oluşumunun Zorlaşması: İstiridye, midye, mercanlar, deniz kestaneleri, ıstakozlar ve pteropodlar (deniz kelebekleri) gibi canlıların kabuk inşa etmeleri için gereken yapı taşlarına erişimi zorlaşmakta, bu da büyüme hızlarını düşürmektedir.
• Mevcut Yapıların Çözünmesi ve Zayıflaması: Asidite artışı, mevcut kabukların aşınmasına neden olur. Somon ve balinalar için temel besin kaynağı olan pteropodlar üzerinde yapılan araştırmalar, 2100 yılı asidite seviyelerinde bu canlıların kabuklarının 45 gün içinde çözündüğünü göstermiştir. Ayrıca 19. yüzyıl örneklerine kıyasla modern plankton kabuklarının %76 oranında daha ince olduğu saptanmıştır.
• Enerji Dengesi ve Fizyolojik Stres: Organizmalar iç kimyalarını korumak ve kabuklarını onarmak için daha fazla enerji harcamak zorunda kalırlar. Bu durum; büyüme, üreme, bağışıklık sistemi ve avcıdan kaçma gibi hayati fonksiyonlara ayrılan enerjinin azalmasına, dolayısıyla genel sağlığın bozulmasına yol açar.
• Mercan Resiflerinin Bozulması: Mercanların iskelet yoğunluğu azalarak fırtınalara karşı savunmasız hale gelmekte ve "ağartma" sonrası toparlanma süreçleri yavaşlamaktadır. Bu durum, resiflere bağımlı binlerce türün yaşam alanını kaybetmesi riskini doğurur.
• Besin Zincirindeki Kırılmalar: Kalsifiye organizmaların azalması, besin zincirinin üst basamaklarındaki somon ve balina gibi türleri etkileyerek domino etkisi yaratmaktadır.

Türkiye Denizleri: Akdeniz ve Karadeniz Analizi

Türkiye denizleri, kimyasal yapıları ve konumları gereği asidifikasyon karşısında özgün bir direnç sergilemektedir. Akdeniz, yüksek alkalinitesi ve bütün derinliklerinde kalsit ve aragonit mineralleri açısından doygundur. Bu homojen yapı, artan CO₂ sebebiyle oluşan asiditeye karşı bir "tamponlayıcı" görevi görerek asidifikasyonun başlangıcını yavaşlatma potansiyeline sahiptir. Karadeniz de benzer şekilde yüzey sularında yüksek kalsit doygunluğuna sahiptir. Ancak bu doğal korumaya rağmen, Türkiye denizleri yoğun antropojenik tehditler altındadır. Artan kıyı nüfusu, hızlı şehirleşme ve sanayileşme; nehirler ve atmosfer yoluyla gelen asidik bileşiklerle birleşerek yerel asidifikasyon süreçlerini tetikleme potansiyeli taşımaktadır. Bu durum, Türkiye denizlerinin sürekli izlenmesini zorunlu kılmaktadır.

Sosyo-Ekonomik Etkiler ve Mavi Ekonomi

Mavi ekonomi; deniz ürünleri, kıyı turizmi ve lojistik gibi okyanus kaynaklı faaliyetleri kapsar. Okyanus asidifikasyonu bu sektörleri şu başlıklar altında tehdit etmektedir:

• Balıkçılık ve Su Ürünleri: Kabuklu deniz canlılarındaki verim kaybı ve larva ölümleri ekonomik zarara neden olmaktadır. Araştırmalar, 2060 yılına kadar her yıl yüz milyonlarca dolarlık kayıp öngörmektedir. Türkiye özelinde 1990-2019 verileriyle yapılan bir çalışma, sera gazı emisyonları ile balıkçılık sektörünün endüstri-içi ticaret yapısı arasında doğrudan bir ilişki olduğunu ve asidifikasyonun bu ticaret dinamiklerini değiştirme gücüne sahip olduğunu ortaya koymuştur.
• Kıyı Turizmi: Sağlıklı mercan resiflerine bağlı olan kıyı turizmi, resiflerin kaybıyla büyük risk altındadır. Bilimsel tahminlere göre, mercan sağlığının azalmasıyla 2100 yılına kadar küresel ekonomide yıllık 870 milyar dolar kayıp yaşanabilir.
• Gıda Güvenliği: Protein ihtiyacını denizden karşılayan kıyı toplulukları, özellikle tropikal bölgelerde gelir düşüşü ve gıda güvencesizliği ile karşı karşıyadır.

Makine Öğrenmesi ile pH Tahminleme ve Modelleme Yöntemleri

Asidifikasyonun seyrini öngörmek amacıyla kullanılan makine öğrenmesi algoritmaları, kapsamlı veri setlerini ve pH üzerinde etkili olan öznitelikleri analiz eder. Yapılan analizlerde, pH seviyesi ile en yüksek korelasyona sahip faktörlerin; fosil yakıtlardan kaynaklanan küresel ısınma katkısı, doğrudan enerji kullanımı (gaz) ve zaman (yıl) olduğu belirlenmiştir. Modelleme sürecinde ham veriler işlenirken eksik değerler ortalama, medyan veya mod ile doldurulmakta ve veri seti %80 eğitim, %20 test olarak ayrılmaktadır. Araştırmalarda test edilen temel modeller ve performansları şu şekildedir:

• Ekstra Ağaçlar: 11 algoritma arasında en yüksek performansı göstermiştir. Rastgele bölünmelerle aşırı uyum riskini azaltması ve küçük veri setlerindeki başarısı en belirgin özelliğidir.
• Diğer Topluluk Yöntemleri: Karar Ağacı, Gradyan Artırma ve Rastgele Ormanlar gibi modeller, basit doğrusal modellere göre üstün performans sergilemektedir.
• Hibrit Modeller: Bazı çalışmalarda %25 Karar Ağacı ve %75 Gradyan Artırma birleşiminden oluşan çok değişkenli yapılarla yüksek doğruluk elde edilmiştir.
• Düşük Performanslı Modeller: Doğrusal Regresyon, KNN, SVM ve Sinir Ağları gibi modellerin başarı oranlarının topluluk yöntemlerine göre daha düşük olduğu saptanmıştır.