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海洋酸化,人类何去何从

2013-12-22 23:27:46 来源:

唯一能够有效阻止海洋酸化的办法,就是减少甚至停止向大气中排放二氧化碳。

海洋的快速酸化引起了全世界的密切关注,人们担忧这种变化在未来几十年内将对海洋食物链、生物多样性和渔业产生严重影响。暖水域的珊瑚礁自然前景堪忧,然而二氧化碳更容易溶解于冷水,因此酸化最严重的海域是接近两极的海洋。现已发现,南北两极海域中的翼足类动物已经遭受酸化海水的侵蚀,以翼足类为食物的鱼类、鲸类也将受到影响。

科学界不久前才意识到海洋酸化对生态系统的巨大影响,相关的研究也才开始不久。然而正如科学界所认识的那样:“海洋酸化因人类活动导致,反过来对人类社会产生影响”。

无法继续从海洋获取蛋白质

海洋酸化对经济的影响很难准确估计,但可以肯定的是,影响将会非常巨大。海水pH值下降将直接影响到人类社会的食物供给、经济利益和生活方式。

据估计,珊瑚礁对于全球海岸线的保护价值如果用金钱来衡量的话,每年高达90亿美元;海岸线保护价值再加上珊瑚礁支持的渔业生产价值,每年达300亿美元。海洋酸化对保护海岸线的珊瑚礁造成了很大的危害,并开始影响到商业、休闲渔业、旅游业。随着海洋生态系统的变化,人类文化和生活方式也将随之产生变化。所以,海洋酸化不仅仅是珊瑚和其他海洋生物要面对的问题,更是人类要面对的严峻问题。

全世界有十多亿人将海洋食品作为主要的蛋白质来源,世界许多国家的经济和就业都依赖于海洋中的鱼类和贝类。一些岛屿国家的经济在很大程度上都依赖于珊瑚礁。例如,加勒比海岛国多巴哥在2006年珊瑚礁旅游的直接收入,就占了国内生产总值(GDP)的15%,增加的间接收入总额达GDP的30%。如果失去珊瑚礁旅游,多巴哥的经济将缩水三分之一,许多人将会失去工作。

虽然海洋是全球性的,但海洋酸化对地区和物种的影响并不一样。仰赖于软体动物(贝类、鱿鱼等)的渔业,如新英格兰渔业,可能遭受更大的冲击。海洋酸化对夏威夷和阿拉斯加的渔业影响可能不大,因为软体动物只构成那里渔业生产的一小部分。

海洋酸化对一些以海鲜为主要蛋白质来源的岛屿国家和部分发展中国家可能会造成特别大的影响。一些预测模型表明,海洋在未来90年里,碳酸盐将越来越少,大多数钙化生物的生存空间将被压缩到碳酸盐含量较高的热带水域中。但即使热带水域的碳酸盐含量,今后也将远低于现在的水平。随着人口的增长,热带地区将同时面临海洋酸化和饮食蛋白质需求的压力。这些压力同时伴随其他环境压力,如气温上升和环境污染等,人类社会将不堪重负。

海洋酸化不会导致海洋生物完全灭绝,一些能够承受高酸度环境的海洋生物甚至可能更加繁荣,但物种数量会减少,某些特定区域的物种构成也会发生变化。例如,在美国华盛顿州海岸附近,海上涌洋流给近海地区带来更多的酸性海水,导致贝类产量急剧下降。同时,伴随着附近海岸地区pH值的下降,原先以贻贝和钙化藻为主的海洋生物群,已被当地人并不喜欢食用的非钙化藻和不需要构建外壳的无脊椎动物所取代。其他一些地方也有类似的变化。

海洋酸化还可能危及“生态系统服务”,因为健康的生态系统才能给人类社会提供种种福利。例如,健康的珊瑚礁可保护海岸线免受侵蚀,为许多海洋物种提供栖息地,为当地人们提供足够的蛋白质来源,同时带来大量的旅游收入。

健康的珊瑚礁和软体动物数量也是许多岛屿国家和地区海洋文化的一个关键元素。美国伍兹霍尔海洋研究所(WHOI)的博士后研究员莎拉·库利说:“生活质量不仅仅以美元来衡量,还包括需要保护的内在文化价值。在科德角(编者注:美国马萨诸塞州南部的一个钩状半岛)随便走进一家礼品店,你都会发现许多与贝壳有关的小玩意儿,如果海洋酸化使扇贝消失,我们就会失去这种独特的文化。”

人类将如何应对

过去250年里,海洋已吸收了5300亿吨二氧化碳,海洋酸性增加了30%。如今海洋继续在变酸,人类该何去何从?我们该如何采取快速行动来减缓或阻止海洋酸化呢?

海洋生物圈遭到破坏,很大程度上是因为高酸度的海水溶解了生物体的碳酸钙。许多海洋浮游生物、海胆、贝类、珊瑚都需要利用碳酸钙来构建它们的外壳和骨骼。在北极地区所做的研究显示,海冰融化、大气二氧化碳浓度升高、表层海水升温,导致一些海洋水域碳酸钙欠饱和。海洋中碳酸钙浓度降低,对于依赖碳酸钙构建外壳和身体结构的海洋生物来说,无异于一场大灾难。

海洋酸化是二氧化碳排放增加造成的另一个问题,很可能比全球变暖更难应对。海洋对气候变化的反应比大气层更慢,在未来的日子里,不管我们喜欢不喜欢,大海还将继续吸收大量二氧化碳,这意味着,即使我们从现在开始停止二氧化碳排放,海洋还将继续快速酸化。

科学家可以利用海洋的碳酸钙饱和度来测量海水究竟有多酸。根据夏威夷大学马诺阿分校研究人员的一项研究计算,在过去2万多年中,近200年是世界海洋pH值下降最快的,说明如今海洋酸度非正常上升的速度远高于自然上升速度。目前世界上只有50%的海水里有足够的碳酸钙来支持珊瑚礁的生长和维护,预计到2100年,这一比例将降至5%左右,世界上大多数美丽而多彩的珊瑚都将处于濒危之中。

海洋酸化是不可逆转的。虽然从理论上来说,可以在海水中添加化学物质来抵消增多的二氧化碳,但至少需要两吨石灰才能抵消一吨二氧化碳,所需数量惊人,根本无法做到。自然过程可以中和海水酸度,但需要很长时间,即使从现在开始停止二氧化碳排放,也需要数万年时间,海洋水化学才能够恢复到工业化前的水平。

回顾地球历史,大约2.5亿年前,激烈的火山活动杀死了95%以上的海洋生物;5000万年后,另一波频繁发生的火山活动令大气中二氧化碳增加1倍,导致大部分珊瑚和其他海洋生物消失。然而今天,地球环境的恶化速度甚至超过了过去3亿年的多次大灭绝事件,我们正处于第六次生物大灭绝中。地球海洋系统从人为干扰中恢复过来,需要数千年时间,以往的历史记录表明,生物灭绝事件之后,珊瑚礁的恢复经历了几十万年乃至几百万年的时间。

许多令人沮丧的证据表明,海洋正在向着对海洋生命造成不可挽回危害的轨迹发展。但一项研究提供了一些新的希望,某些物种有可能快速适应海洋变化而生存下来。

2012年发表在《自然气候变化》杂志中的文章称,珊瑚礁研究人员发现,一种小丑鱼的幼鱼能够适应日益增加的海水酸性——如果它们的父母也生活在高酸性水域中的话。之前的一项研究发现,另一个种类的小丑鱼在酸性水域中嗅觉会降低,使其难以发现和躲避捕食动物而“自投罗网”。

小丑鱼的幼鱼可以适应新的变化,给海洋的未来带来了新的希望。更多对环境敏感的海洋物种是否也拥有小丑鱼的这种适应能力,还需要进一步研究。从进化的角度来看,目前尚不清楚小丑鱼是通过什么样的机制将适应的性状如此迅速地传递给后代的,但它表明生物两代之间的适应性在未来几十年里可能占优势。

当前海洋酸度增加的速度比过去数百万年中的自然变化快100倍。到本世纪末,如果大气中的二氧化碳水平不能稳定下来,海洋酸度将增加至工业化前水平的3倍。即使我们明天就停止二氧化碳排放,海洋还将继续吸收大气中富余的二氧化碳,海洋酸化趋势在未来几个世纪里还将持续下去。

我们别无选择,只能积极应对,采取一些与应对气候变化类似的措施。例如,节约能源,使用可再生能源;建立和维护海洋保护区,为濒危海洋物种提供避难所;停止破坏性的捕鱼行为,提高海洋生态系统恢复能力,帮助抵御海洋酸化,维护海洋生态健康。有证据表明,海洋保护区的珊瑚礁较少受到全球变暖和海洋酸化的威胁。

唯一能够有效阻止海洋酸化的办法,就是减少甚至停止向大气中排放二氧化碳。

如今受海洋酸化影响最大的是哪些地方?

受海洋酸化影响最大的是水化学迅速改变,环境敏感生物最为丰富的海洋区域,以及具有生态和经济重要性的地区。科学家最关注水化学发生变化和深层海水上涌的地方,如美国西海岸和两极寒冷地区。预测北极在未来10年至30年里,某些种类的有壳生物将大量减少。由于热带珊瑚对环境极度敏感,在不久的将来,海洋酸化将给一些国家和地区的生态和社会经济带来巨大的不利影响。

西北太平洋牡蛎产业的困境会向其他地方蔓延吗?

每小时大约有100万吨二氧化碳被海洋吸收,而作为污染源的全球温室气体排放预计还将继续攀升。到本世纪中叶,大气中CO2浓度将达到工业化前的2倍,海洋pH值也将继续下降。这意味着像西北太平洋牡蛎产业面临的困境将更加严峻,并向其他地方蔓延。

面对海洋全面酸化,有什么方法可让海洋水化学回归平衡?

人力无法让世界海洋水化学回归到工业化前的水平。大自然会通过海水与深海沉积物的作用,让增加的海水酸性得到中和,但这需要数千年时间。解决海洋酸化问题的根本途径是大幅度减少二氧化碳排放,避免海洋酸化问题恶化到不可救药的地步。

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