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海洋酸化 -海洋酸化对全球环境的影响

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越来越酸的海洋

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近年来,科学家注意到全球的海洋越来越酸了。

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众所周知,pH值是衡量溶液酸碱度的一个标准,pH值为7的溶液是中性的,高于7为碱性,低于7为酸性。pH值降低就意味着酸度增加。

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有美国科学家指出,过去15年间,从夏威夷到阿拉斯加一带太平洋海域的水体,pH值降低了6%;而自工业革命以来,全球海洋表面的pH值平均降低了1.5%——目前的pH值大约为8.1。尽管pH值为8.1的海水仍然属于弱碱性,但其下降的趋势却构成了酸化。

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这个数值的变化看似不大,但你要知道,pH值是基于溶液中氢离子浓度的对数计的,如果换算回氢离子浓度,那pH值降低6%就意味着海洋酸度增加了近30%。

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毫无疑问,海洋酸化的元凶是二氧化碳的过度排放。二氧化碳是温室气体,易溶于水,而且比空气重,沉在大气的底层,海洋是吸纳它的好去处;大气中二氧化碳浓度越高,海洋就吸纳越多。目前大气中二氧化碳的含量是390ppm(ppm是百万分比浓度),海洋每天吸收近3000万吨二氧化碳;2010年,全球二氧化碳排放量是306亿吨,单海洋一年就吸收了近110亿吨。海洋为减缓全球气候变暖做出了贡献,而换来的代价却是自己的酸化。

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据科学家预测,如果人类以目前的速度排放,大气中二氧化碳的浓度将在2050年达到500ppm,2100年达到800ppm。如果以氢离子浓度来衡量,那时海水的酸度将较工业革命以前增加近150%。

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海洋生物的末日

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海洋酸化首当其冲的受害者是海洋里的生物们。

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对于利用水中氧气呼吸的动物,即使二氧化碳的浓度增幅极小,海水中的二氧化碳也能够快速地扩散至它们体内,使体内酸度增加。为了维持体内的酸碱度平衡,各个物种会采取不同的策略来对付,比如一种办法是,既然水里的二氧化碳无法阻挡在体外,自己就放缓新陈代谢的速率,减少呼吸时制造的那一部分二氧化碳(因为这一部分二氧化碳也要先溶解在体液里才能排出体外);还有一种办法是,利用细胞膜上的离子“泵”把多余的氢离子泵出细胞外,以此来维持原有的酸碱度。不过这些策略均难以应付持续的体内酸度增加。此外,利用自身生理反应调节体内酸碱度平衡,势必引起能量消耗,合成蛋白质等其他生命活动就深受影响。长此以往,这些动物的生长将放缓,甚至停滞,大家都得了“侏儒症”。

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不仅如此,事实上,海洋生物生命的最初阶段就可能受到酸化的影响。研究人员通过在海水中泵入二氧化碳,在实验室模拟了海洋酸化。当pH值降低0.4个单位之后(即预测中2100年海水的情况),海胆精子的游程减少了16%,游速减慢了12%,受精成功率降低了25%,这意味着在这种海水里繁殖8代之后,海胆种群的数量就将锐减至原来的1/10。

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酸化还会阻碍许多物种幼体的发育。比如把一种海星的近亲——海蛇尾的幼体置于pH值降低0.2~0.4个单位的海水中,多数表现出发育畸形。对于扇贝、海螺等贝壳类动物来说,酸化更是一场灾难:它们的壳主要成分是碳酸钙,而碳酸钙易溶于酸,在酸性的环境下不容易形成,它们的小宝宝将因长不出贝壳而早早夭折。

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海洋酸化还会以另一种不寻常的方式影响海洋生物的生存。例如,许多海洋物种依赖微弱的嗅觉来进行捕食、寻找配偶及合适的栖息地。当海水的酸度增加,它们的嗅觉开始失灵了,不再具有辨别力。海洋的酸化还会影响海洋动物对声音的接收。鉴于像海豚、鲸之类的海洋哺乳动物是借助声音来导航、交流、捕食和求偶的,海洋酸化对它们生存的影响不可小觑。

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要以史为鉴

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事实上,海洋酸化的悲剧在历史上已经发生过一次。那是大约在2.5亿年前,地质史上称为二叠纪向三叠纪过渡的地质年代,海洋生物高达96%的物种(包括著名的三叶虫),陆生生物高达70%的物种都灭绝了。这是地球史上最严重的一次灭绝事件。查其原因,跟当时大规模的火山爆发有关。火山喷吐出大量二氧化碳和甲烷(甲烷在高空紫外线的照射下与臭氧反应,也会生成二氧化碳),那时空气中二氧化碳的浓度一度达到现在的2倍。正是当时严重酸化的海水,导致了96%海洋生物的灭绝,在灭绝事件发生后的近500万年内,海洋都没有恢复元气。——当然,人类因祸得福,是此次灭绝事件的幸存者的后代。

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但是要是此类事件再度重演,我们就不能置身事外了。而以目前人类排放的速度,两倍于现在二氧化碳的浓度,再过100年就可以达到,到那时,如今充满了生趣的海洋,将变得死气沉沉,了无生机,那将是怎样的惨景!

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难道海洋生物不会进化么?进化不是一次次让它们在变化了的环境里生存下来?问题是,生物的进化通常都是一个非常缓慢的过程,如果海洋酸化是用几百万年或者更长的时间完成的,那或许大多数海洋生物都会进渐渐适应,不会造成大规模死亡,而现在海洋的酸化是在短短几百年间完成的,这就让它们措手不及,除了束手待毙,别无良策。

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海洋的酸化仅仅不久前才开始引起人们的重视。以前曾有人提议把大量二氧化碳泵入海洋,来减少大气中的二氧化碳,如果那些人意识到海洋酸化带来的一系列危险,大概就不会提这种愚蠢的建议了。

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海洋已经向我们发出了SOS,我们怎能袖手旁观!

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空气能
活跃在前天 10:20
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