海洋生态学|海洋酸化 - 海洋生态学研究

失踪人口回归。 ( z6 F- Y( Q9 N* q/ \4 ], O! b7 z5 v

最近的武哥奔走于论文写作、基金申请、学生返校、硕士复试、健康打卡、线上结课、线下开课等多项工作之间，忙到令我怀疑人生。

多项工作不得不使武哥选择让自己的公众号继续长草。

虽然五月很忙，但能见到同学们返校并开始正常的学习，心里还是很高兴的。

为了向大家证明我的公众号还活着，今天就和家人们聊聊另外一个热点的海洋生态学问题——海洋酸化 . ^& O2 J1 B0 G

。

一、什么是海洋酸化？

首先我们要知道海水正常的pH值是多少。

正常的海水呈碱性；在冰河世纪鼎盛时期，海水的pH约为8.3；在工业革命之前，海水的pH值约为8.18；而在今天，海水的pH值约为8.10。 6 {& J9 c7 Y' D- H" L

那么在21世纪末期，海水的pH将会下降至多少呢？

研究预测，在2100年时，海水的pH值将下降至7.8。通过这组数据大家应该不难发现，从古至今海水的pH值呈现了一个明显的下降趋势，而且这个下降的趋势在未来也会持续发生。那么，这种海水pH不断下降的过程就被成为海洋酸化（Ocean Acidification）。二、什么造成了海洋酸化？二氧化碳，是他是他还是他。 ! w8 X( |& _, V# p( a- ^

目前大气中二氧化碳的浓度为390 ppm，而工业时期之前这个数值只有280 ppm。

$ u- y( i& D/ i; s. o; \9 n 而这其中的一部分二氧化碳又溶解到了海水中。这就使得海水中碳酸的含量上升，进而降低了海水pH值，造成了海洋酸化。因此，二氧化碳的浓度增长是造成海洋酸化的主要原因。 ) X' U; B1 U& R

当然，这不是唯一原因。海洋酸化的另外一个原因是某些污染物浓度的上升。

比如，化石燃料中硫化物的燃烧导致二氧化硫和三氧化硫的含量增加，而这些气体在海水中的溶解和它们引起的酸雨都会导致海洋酸化；

( M5 F4 f! l1 d& p6 N ) y1 z `, x" i

再如，大量含氮肥料流入海洋，导致藻类大量生长，增加了海水中氧气的含量，使得分解作用和呼吸作用加剧。而这些作用的终产物都是二氧化碳，这些额外增加的二氧化碳形成的碳酸同样也会降低海水pH，造成海洋酸化。

( Z1 \! z1 D- U" E& { 还有，海底存在大量的甲烷，这些甲烷在海底低温高压的条件下以稳定的固态形式存在，即所谓的“可燃冰”。然而，随着全球气候变暖加剧，海水温度升高，这些固体可燃冰会变为气体甲烷存在于海水中。而海水中大量的甲烷氧化菌会将这些甲烷氧化成二氧化碳，进而造成海水酸化。三、海洋酸化的危害 / {$ I ^1 _8 d) ^+ }

海洋酸化对生物有着很多方面的影响，具体的细节在这里不做讨论。

$ _/ P8 v3 ^6 E' N

武哥只介绍两种概括性的影响：

1、对生物酶的影响。

生物的代谢是由酶完成的，而酶的作用需要合适的pH环境。如果环境pH下降，就会导致酶活性下降甚至丧失。这对生物的生命活动是有着致命影响的；

2、对钙质外骨骼的影响。 , X8 n3 c8 M& C

海洋生物有不少拥有碳酸钙的外骨骼，而海水的酸化会腐蚀这些生物的钙质外骨骼，造成这些生物发育不良甚至死亡。因此，像珊瑚、牡蛎这种生物尤其容易受到海洋酸化的影响。

海洋酸化更严重的危害是它和气候变暖相互促进的关系： ! Y8 N5 @* a+ s* X, y

一方面，海洋酸化会导致初级生产者活力降低，减少二氧化碳的吸收，加剧温室作用；

Q9 ^; A: M! e2 `6 J7 T 另一方面，温室效应的增加使得海水变暖，将更多的可燃冰转化成甲烷，进而被氧化成二氧化碳，导致海洋酸化的加剧。 / Z! P& t% F% z# B1 B5 |

因此，海洋酸化和气候变暖相互促进，最终会使得全球生态走向崩溃的边缘。

四、如何防止海洋继续酸化？ g4 Q* I }1 s) C2 C0 V! G/ d, d

既然海洋酸化的危害如此巨大，那么我们就需要防止海洋继续酸化。

方法有以下几种：

1、减少二氧化碳排放。 " K y2 T) V9 l& Y# ~4 V

既然海洋酸化的主要原因来自于二氧化碳的排放，那么减少其过量排放自然就是防止海洋酸化的首要任务。

《京都议定书》

在这个背景下应运而生。这个文件旨在减少世界各国的碳排放，以达到缓解气候变暖和海洋酸化的目的。

2、除掉大气中过量的二氧化碳。

如何减少大气中二氧化碳的含量一直是科学家们研究的热点问题。

武哥在之前有关于碳循环的推文中给大家介绍过微型生物碳泵（猛戳-->研究前沿：海洋碳循环与微型生物碳泵 * N i9 T. R- @& i

）。通过海洋巨大的碳汇作用和微型生物碳泵，可以实现碳在海洋中数百年的“封存”。

; _6 Z8 D# X" N8 T1 A3 N

除此之外，还有很多海洋生物泵可以用来吸收大气中多余的二氧化碳。

3、减少污染物和其他温室效应气体的排放。

上面的内容中我们提到，氮、硫化合物的排放也会导致海洋酸化。

另外，除二氧化碳以外，温室效应气体还包括一氧化二氮、甲烷、氢氟碳化物(HFCs)、六氟化硫（SF6）和全氟化碳（PFCs）。减少这些污染物和温室气体的排放同样对防止海洋酸化起到积极作用。

五、如何提高海洋对酸化的抗性？

海洋酸化的事实已经发生了，而且我们也必须承认，在短期内解决海洋酸化并不现实。

因此，如何能让海洋最大程度地抵受住酸化带来的影响，这也是我们需要思考的问题。

那么如何增加海洋生态系统对酸化的抗性呢？

增加和保护生物的多样性就是一个很好的方案。 ' r3 w& \; M5 Q8 x9 @( W1 e W! t

如果一个地方的生物很多样，那就意味着这个地方“财大气粗”，不在乎失去一两种生物；

但如果一个地方生物的种类很少，那这个地方一旦遭受破坏，一两种生物的灭绝就会导致这个地方的生态系统彻底崩溃。因此，高的生物多样性就相当于给一个生态系统加上了很多保险，保证了生态系统对环境变化的抵抗性。

# ]1 ^) Q1 J& O1 P' k

所以，保护和增加海洋生态系统中的生物多样性，是提高海洋对酸化抵抗性的有效手段。

而有效的渔业管理和环境治理等都可以保证海洋生物的多样性。但是，在这里我们要特别强调：再强的抗性都是有极限的。所以保护海洋生物多样性以提高海洋对酸化影响的抵抗性，只是缓解酸化压力的暂时性手段。如果二氧化碳浓度继续无限制地增加，那么海洋即便具有再强的抗性，最终都会被酸化所带来的影响压垮。六、如何修复已有的海洋酸化环境？ 6 N: ^" n; x: l# k% U

通过上面的内容我们知道了一些方法是可以防止海水pH继续降低。

# H4 v: K A% Y

但是，对于那些已经发生了酸化的海水，我们应该如何修复呢？修复的思路倒是很简单。就是想办法把多余的酸除掉呗！

而除酸的方法大致有两种：

一是向海水中投放适量的石灰石等碱性物质，中和海水中多余的酸；

二是向海水中投放铁粉，消耗质子的同时还可以向海洋中补充铁离子，而铁离子是海洋初级生产力高低与否的限制性因子。 ) z" ?' S2 J# _; ~& B

貌似第二种方法很不错。铁离子的补充会提高海洋生产力，从而固定更多的二氧化碳，这样不仅修复了海洋酸化，还改善了气候变暖。

s; s% }" q. f1 B

但是，投放的铁粉会逐渐沉降至海底，堵塞珊瑚等滤食生物的滤水孔，导致这些生物无法获取营养物质，造成珊瑚等重要生物群落的死亡。

因此，无论投放哪种物质，我们都需要首先充分了解海洋相关的情况，包括pH、温度、洋流和该海域的生物群落等因素，这样才能准确地预测出投放物质的量以及其可能带来的生态影响。如果贸然投放，不仅达不到修复的效果，还会引起更加严重的生态问题。七、蓝碳与海洋酸化 $ i- R8 A( Z2 J0 L

说到光合作用和二氧化碳固定，我们首先想到的就是绿色植物。

的确，陆地上的绿色植物可以通过光合作用将大量的二氧化碳气体固定成为有机碳固体。这就是所谓的“绿碳”

。

* L2 u6 }0 r3 G. o1 ~- n: g2 [

虽然我们对陆生植物很熟悉，但他们却不是吸收二氧化碳的主力军。

地球上可以吸收二氧化碳最多的地方，即最大的碳汇，就是海洋。海洋通过溶解和其中生物的光合作用，可以储存地球上93%的碳 ; H, o# v4 R5 R

。

这就是所谓的“蓝碳” / U; n2 t% \0 w. W+ W

。

& f9 t+ x# ^$ F' i7 J

当然，在海洋这样巨大的生态系统中，不同海域对二氧化碳吸收与固定的能力也是不同的。

8 ]( S! y: u( ` z( x

那么什么地方的海洋可以吸收更多的二氧化碳呢？

答案有三个：红树林、盐沼和海藻床。 - k- @+ m6 _9 ]) P

这三种生态系统处于海洋的沿岸地区，它们所含有的植物生物量只有陆地植物量的0.05%。

+ {) T$ U& ~# o

但是，它们每年通过光合作用固定下来的二氧化碳量却与陆生植物相当！由此可见这三种生态系统对于碳固定的效率惊人的高。

在这三种典型的“蓝碳”生态系统中，自然存在着巨大的碳。

" {( m }, m. k# w1 x- {, z

但是目前由于人类活动的破坏，这三种“蓝碳”生态系统，尤其是红树林生态系统的生存正面临着严峻的威胁。

而“蓝碳”生态系统的破坏会导致海洋对二氧化碳的吸收能力大大减弱，从而加剧二氧化碳所引起的海洋酸化。

因此，对这些“蓝碳”生态系统的保护也可以缓解海洋酸化的问题。

八、结束语

对于海洋酸化问题，要解决的核心问题就是人类活动所带来的污染和二氧化碳的大量排放。

, \" h2 ]% |1 y+ m

这个事情说起来简单做起来难。

0 o ]9 U9 d7 C4 V, w

工业是当今人类社会运行的重要产业。工业发展给人类的生活带来便利之外，还提供了大量的就业岗位，也是国家军事建设的基础，更是国家重要的经济命脉。

5 |, y7 V/ b: u" p+ M& i

因此，大力发展工业是各个国家的重要任务与目标。

到目前为止，化石燃料仍旧是工业的主要能源。而减少二氧化碳的排放就意味着工业发展的限制。这是国家执政者，尤其是大国执政者不希望看到的。因此，虽然推出了《京都议定书》，但包括加拿大、俄罗斯、日本和美国在内的四个国家却迟迟未能履行。

我们要知道，这四个国家的二氧化碳排放量是位居世界前十的！所以，要解决包括海洋酸化和气候变暖等生态学危机，其核心问题并不是“能不能”，而是“愿意不愿意”。 L( [% X: f% G7 Z" f9 {& A % n/ O. `5 @; o! n* ^ - U2 C5 l# q- p* s $ r- r0 ?- X6 q# m# N/ `! h% H