海洋酸化的“孪生问题” - 海洋酸化化学反应

现今

大气中排放的二氧化碳不断增加

其所造成的后果之一是

2 s! I" R! u) }$ Y, e# o

世界海洋成分在逐渐发生变化

1 [9 y3 g1 g5 a! H0 c5 m

。

$ C/ u9 ]: H9 J' t2 d$ L7 N

。

。

, S1 x0 P3 ]* u4 }7 ~( v: _3 k

一直以来，海洋就像一个巨大的“海绵”，吸收着将近1/3的二氧化碳排放量。被海水吸收的二氧化碳会发生令海水酸度增加的化学反应，导致许多海洋生物难以生存。

针对海洋酸化急速加剧的情况，部分学者提出将矿物溶入海水以增加海水碱度的方案。但有研究表明，海水酸化对一些生物是有利的。

7 l6 R7 f5 M! ~6 v* I

海洋酸化对物种的影响

8 z& `; _1 H. H% R& Z9 K

在美国太平洋西北部和北美东海岸的缅因湾，已经出现牡蛎等贝类大量死亡的现象。《科学》杂志上刊登的相关文章称，贝类正以超过珊瑚再生能力的速度消失。

一些研究者开始认真讨论将渐渐酸化的海水恢复原状的方法，而科学家们则正在关注一项骇人听闻的大规模实验。

1 i! F6 l* x3 k: l% s# S" n1 ?

2017年，两名英国科学家在《地球物理学评论》杂志上发表论文提出，可以将橄榄石和石灰岩那样的矿石溶于海水，以提高海水碱度。提高海水碱度不仅可以使海洋生物更易生存，而且还能使海洋这个巨大海绵吸收更多的二氧化碳。

两位科学家同时预测，如果加大研究投入，或许可以在不造成海洋污染的情况下从海水中提取数千亿乃至数万亿吨的碳。

不过，在准备进行这一巨大规模的实验之前，科学家们需要在实验室进行大量的小规模实验，从而选定解决海洋酸化的最佳方案。

3 ^9 d# w% D+ o

▼

@3 W/ c/ t$ k2 E

在瑞典某峡谷，一个研究小组正在进行在人工酸化海水中何种生物能够存活的“生态系统实验（mesocosm）”。

& ]1 t1 m* N; D# {* u6 W

该实验是在海里放置一些细长可封闭的管子，注满海水后将浮游生物和太平洋鲱鱼幼苗放入。之后，研究人员通过逐步增加管子中的二氧化碳溶入量来观察这些浮游生物和鱼类幼苗的生存状况。

5 J9 [5 C, q. J! D; g9 V" g

之前在北欧利用食用鳕鱼进行的同样实验中，没有一条鳕鱼活下来。但是在此次实验中，研究人员吃惊地发现，试管中大部分的太平洋鲱鱼幼苗不仅未死亡，而且生存率比通常更高。研究人员据此认为，太平洋鲱鱼或许喜欢酸性环境。

研究人员分析，这可能是海水中溶入的二氧化碳增加，使浮游生物增多，太平洋鲱鱼的饵料也随之增加。另外，太平洋鲱鱼喜欢在海底二氧化碳浓度高的地方附近产卵。也就是说，太平洋鲱鱼比喜欢在水面产卵的鳕鱼等鱼种更适应酸性环境。

那么，

+ ^! j$ B) `; V, X4 W

是不是太平洋鲱鱼

* t2 ?7 S! z5 e4 z

适应所有酸性海洋生态环境呢？

) Z0 C# ?; M9 I( y2 a, L2 y

答案并非如此。

) P$ H# W3 c- f7 P

据德国赫尔穆霍茨海洋研究中心海洋生态学家加特里奥娜·克莱梅森·勃克鲁曼说，太平洋鲱鱼幼苗受海水温度影响非常大，一些幼鱼为寻找水温更低的地方，游向北方，那里虽然环境温度适宜，但难以寻找到食物。因对海洋环境和生态系统的适应能力各不相同，同种鱼类也可能产生变化，出现“胜者”和“败者”的状况。例如，在波罗的海东部栖息的鳕鱼对pH值变化频繁的海水很适应，但生活在环境稳定的北太平洋海域的鳕鱼却对pH值很敏感。

# d( e( |9 S1 @% H

对于同种鱼类在不同海洋生态环境中状况不同的“胜者”和“败者”现象，美国新泽西州罗格斯大学海洋生态学家格雷斯·萨巴首次在自动航行潜水器（AUV）上安装了海洋酸度感应器，对西太平洋海域进行了调查。

8 a" s' h7 p, x! }! o

AUV在弗吉尼亚州至纽约州长岛海域约50~200公里的大陆架冷水海底移动。该海域不仅有各种重要的商业鱼类，还是北极贝等从海水酸化程度加剧的海域来的物种的栖息地。萨巴说，通过AUV在现场采取的样本显示，这些物种将一直停留在该海域。

章鱼主宰未来海洋？

6 e+ P& p) O0 r0 Z

有研究结果称，未来海洋或将被章鱼占据。

* _3 Z3 h- l j/ ?$ e" ~

由于海洋酸化和滥捕，海洋生态环境及海洋物种均受到巨大影响。

过去60多年的渔业数据显示，全球海洋中章鱼和乌贼等头足纲动物的数量不断增加。

但是，由于浮游生物、贝类、甲壳类等壳和骨骼主要成分为碳酸钙的生物生长缓慢，以这些生物为生的鱼类也可能面临灭绝危险。

' {7 f" \ q" R# } \

海星等动物在遭受海洋酸化的恶劣影响时，有触须的海底生物却活得生机勃勃。

) ~7 Z/ H, {7 w) P

▼

据《当代生物学》杂志上刊登的论文称，许多海洋生物学家参加的研究小组利用过去的渔业数据，对在捕鱼过程中意外捕捞上来的头足纲动物数量进行了调查分析，他们发现，所有种类的头足纲动物数量在近十多年来一直稳步增长。究其原因，或许是这些对海洋生态学和渔业来说非常重要的无脊椎动物能够充分地利用海洋环境变化。

头足纲动物具备迅速适应环境的能力。例如，章鱼能够聪明地使用现成工具走出迷宫，还经常从实验室的水槽中逃脱。另外，它们在海底还会模仿其他动物的形态，并出其不意地攻击对手。

* T6 f( Q5 B9 R ?8 \0 H! S

还有报告预测称，现在的海洋生态体系正出现各种各样的问题。除了珊瑚礁的白化现象外，还有因滥捕可能导致许多渔场遭毁等。但是，头足纲动物或许是在大量海洋生物灭绝的情况下仍能生存下来的物种之一。在不远的将来，它们或将利用自己的“触手”来支配整个海洋生态系统。

; [, L8 b4 i; b w# e3 x( u7 N0 t

二氧化碳的“孪生问题”

就目前海洋酸化问题，日本地球环境研究中心高级研究员野尻幸宏认为，产业革命前，海水中含有大量对珊瑚和贝类生长非常重要的钙离子和碳酸根离子，但当人类排放的大量二氧化碳溶入海水后，海水开始酸化，并使海水中的碳酸根离子减少，令甲壳类动物难以获取成长所需的碳酸钙。

4 D5 S! J K. [, t ^' X4 V9 w0 M

据一项对在巴布亚新几内亚浅海海底喷发二氧化碳气泡的海域的生物进行的调查证明，在二氧化碳浓度高的自然环境中，需要甲壳才能成长的生物数量很少。但是，其他如海草和海藻等生物却在这种环境下生长旺盛。

: N2 g9 _! U$ w1 _, v

▼

海洋酸化源于海水吸收了大气中的二氧化碳。

产业革命前，大气中的二氧化碳浓度约为280ppm，地球环境保持稳定状态。但是之后由于人类大量排放二氧化碳，大气中二氧化碳浓度逐渐增加，2011年时，全球平均浓度已超过390ppm。

* T I0 p8 x0 t

由于吸收了大气中的二氧化碳，海水中的二氧化碳浓度急剧上升。虽然这一现象有助减缓全球变暖，但也给海洋生物带来许多负面影响。

据日本各地临海研究所进行的人工模拟实验显示，目前的海洋酸度已经对几个物种带来了恶劣影响。如紫海胆在二氧化碳浓度达600ppm的环境下会出现肢体短小等发育不良现象；虾夷鲍在模拟二氧化碳浓度从450~2000ppm的环境下生长时，其贝壳形成的状态也受到不同程度的影响。在450ppm环境下，刚孵化出来的鲍鱼贝壳发育正常，当达到1000ppm时，贝壳上开始出现小洞，而浓度越高，小洞就越多；达到2000ppm时，贝壳开始从内侧层层剥落。就是说，虽然贝壳不断生成，但已经生成的贝壳也开始溶解脱落。

从模拟实验可以看出，只有控制海洋酸化程度才能有利于海洋生物生长发育。

! G. I! v, w7 A& o

▼

5 k+ r+ p3 Q5 x: A" w# @6 I

海洋酸化正威胁着必须获取碳酸钙的生物。

1850年时，除南北两极外，几乎所有海域的甲壳类生物都可以通过获取碳酸钙来形成贝壳。贝壳的颜色通常以含有碳酸钙成分的结晶之一的霰石的饱和度来表示。生活在各海域的生物，自身具有与霰石饱和度相宜的生理结构，在热带生长的珊瑚贝壳霰石饱和度在3度以上，而在寒冷海域，贝壳的霰石饱和度相对较低。

- R- v" t K. g3 @% {1 L

有预测称，2100年后由于海洋酸化和全球变暖不断加剧，两极海域的贝壳类生物逐渐处于一种无法获取碳酸钙来形成贝壳，或者贝壳不断溶化的海洋环境中。

4 F7 [5 V, Z( h2 r, O. H

因此，人们对珊瑚等石灰化型生物成长受阻的担忧日益增加。

! G/ {# h5 P1 j, f

人们担心，在高纬度的寒冷海洋中的生物难以合成碳酸钙，尤其是在霰石饱和度在1度以下的无机化学极限点海域，可能影响生物合成最基本的碳酸钙。

- t; \( `! e9 I8 c8 q- X

在这种情况下，海洋中那些不耐酸的生物将被淘汰甚至灭绝，只剩下耐酸物种，使一直维持多样而健全的海洋生态环境逐渐变化。

▼

随着海水中二氧化碳的不断增加，海洋生物的多样性很可能会被破坏。作为人类，不得不认真考虑这一问题。

全球变暖不仅令陆地上所有生态系统受到影响，也令海洋生态环境受到严重影响。

这是二氧化碳所引发的“孪生问题”。

至于控制海洋酸化......

海水一旦将二氧化碳吸入就难以除去，因此除了减排别无他法。

. ?( h! c! u/ [7 T& G

这就需要人类采取有效措施减缓全球变暖，继而实现低碳社会。

* l1 k* ^( M! J0 z3 U+ d! i4 J! P8 O- `- u

撰文：彭永清

! W9 c/ G; Y) C3 Y: c3 F% X/ O

编辑/美编：石雨晴

审核：于婷玮

# K3 I. r6 v$ G# d. B

更多精彩内容 在这里

▼

: O$ F/ {. D' X! M# Q+ r

喜欢本篇内容请给我们点个在看

6 H' A6 _& V7 K* }0 B% U : [. Q7 @. B- ~/ t8 i7 C