[科普中國]-海洋酸化日益嚴(yán)重，海洋生物面臨巨大生存威脅

全球海洋酸化的生態(tài)效應(yīng)正以前所未有的速度擴大。英國卡迪夫大學(xué)曾發(fā)布研究結(jié)果稱目前海洋酸化達到14百萬年來未見的水平。另外，有研究報道由我國自然資源部第三海洋研究所研究員陳立奇領(lǐng)導(dǎo)的團隊通過歷次中國南北極考察航次的觀測分析，也發(fā)現(xiàn)南北極海域酸化水體正快速擴張，海洋酸化正在深刻地影響南北極脆弱的生態(tài)系統(tǒng)。什么是海洋酸化？當(dāng)海水吸收了空氣中過量的二氧化碳，產(chǎn)生弱碳酸，導(dǎo)致海水酸堿度降低的現(xiàn)象被稱為海洋酸化。pH是海水酸堿度的一個度量，小于7即為酸性。一般海水應(yīng)為弱堿性，海洋表層水的pH值約為8.2，但自從上個世紀(jì)以來，近三分之一人類活動排放的二氧化碳通過大氣擴散溶解進入海洋，強迫全球海洋以前所未有的速度酸化，海水的平均pH值已從8.18降至8.07，雖然這看起來很少，但海水實際酸度卻增加了30%，這一酸化速度甚至超過了55百萬年前那場生物滅絕的酸化速度。酸性的增加，將改變海水化學(xué)的種種平衡，使依賴于化學(xué)環(huán)境穩(wěn)定性的多種海洋生物乃至生態(tài)系統(tǒng)面臨巨大威脅。圖1展示給我們大氣二氧化碳濃度、海水二氧化碳分壓和海水pH的變化關(guān)系。海洋酸化將給海洋生物造成嚴(yán)重影響海洋生物對于酸堿度的要求是非常嚴(yán)格的，當(dāng)海水變酸后，首當(dāng)其沖的就是珊瑚及其造就的珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)。珊瑚蟲通過形成碳酸鈣的骨骼，聚合成珊瑚礁，因為海水中過多的二氧化碳會改變海水碳酸鹽緩沖體系的化學(xué)平衡，抑制碳酸鈣質(zhì)珊瑚礁的沉淀生成，除此之外，碳酸鈣更是墨魚骨、鸚鵡螺殼以及成千上萬鈣質(zhì)殼體生物的軀殼材料。如甲殼類動物和在海洋中為自己建造鈣化庇護所的生物被認(rèn)為是最受威脅的，因為酸性海洋會阻礙它們形成外殼。海洋酸化會阻礙珊瑚礁生長，而被稱為“海洋中的熱帶雨林”的珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)又是海洋生產(chǎn)力最強的生態(tài)系統(tǒng)?？茖W(xué)研究發(fā)現(xiàn)約21%的海洋物種的生存依賴于僅占海洋面積的0.1%的珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)。某些模型研究發(fā)現(xiàn)，海洋酸化引起珊瑚礁的消失可以造成的經(jīng)濟損失達300-3750億元每年，甚至更高。至于其生態(tài)系統(tǒng)價值，如珊瑚礁崩潰后，輻射到其他21%的相依存物種（如海星、扇貝、甲殼類等等），造成的損失更是難以評估。早在2015年，就有科學(xué)家呼吁大家在人類摧毀美麗的珊瑚礁系統(tǒng)之前，帶著我們的孩子抓緊時間去欣賞一下這多姿多彩的珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)吧！另外，海洋初級生產(chǎn)者浮游植物在海洋和全球碳循環(huán)中扮演著舉足輕重的角色，調(diào)節(jié)著全球氣候。氮是浮游植物生長所必需的元素，全球面積一半以上海區(qū)的初級生產(chǎn)力受到了氮限制。束毛藻的固氮作用是海洋生態(tài)系統(tǒng)中“新氮”的重要來源之一，可貢獻高達50%的全球海洋總固氮量，對海洋初級生產(chǎn)力以及碳、氮生物地球化學(xué)循環(huán)起著至關(guān)重要的影響。廈門大學(xué)近海海洋環(huán)境科學(xué)國家重點實驗室史大林教授研究團隊發(fā)現(xiàn)，因大氣CO2上升而引起的海洋酸化，拉低了海洋微量元素鐵的可利用性，抑制束毛藻的固氮作用。這意味著海洋酸化會降低海洋可利用活性氮的儲庫，這將會進一步加劇全球海洋的氮限制，從而可能會演變成人類文明史上最大的生態(tài)災(zāi)難。同時顆石藻作為全球大洋分布最為廣泛的初級生產(chǎn)者之一，對于全球海洋二氧化碳吸收和碳的向下輸出埋藏具有非常重要的意義。最近，廈門大學(xué)高坤山教授課題組探討了顆石藻對海洋酸化的進化學(xué)響應(yīng)。他們在歷時兩年的科學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)大洋球石藻受酸化的影響，在長期適應(yīng)酸化過程中具備了不可逆轉(zhuǎn)的進化學(xué)特征。這表明海洋酸化會減少顆石藻類的鈣化量，降低其生長速率，影響顆石藻類碳匯（光合）與碳源（鈣化）過程在海洋碳循環(huán)中的作用，這預(yù)示著海洋酸化可能會降低全球海洋吸收大氣二氧化碳的能力，將會使我們面臨更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。其次，酸化的損害也可以在食物網(wǎng)的更高食階發(fā)現(xiàn)，酸化產(chǎn)生的連鎖反應(yīng)，從基礎(chǔ)生產(chǎn)者一直上行到大型食用魚類?？茖W(xué)家們預(yù)測，到本世紀(jì)末，由于酸化，波羅的海和巴倫支海的大西洋鱈魚的大小會減少到現(xiàn)在的四分之一。迅速發(fā)展的海洋酸化，與其他多重壓力因子相結(jié)合，威脅更是嚴(yán)重。比如，一些人類活動的副產(chǎn)品--微塑料污染和全球升溫的協(xié)同作用，使得海洋越來越不利于生物生存，也使得許多海洋生物喪失適應(yīng)能力。到2100年，科學(xué)家預(yù)計大氣中CO2濃度將從工業(yè)化以前的280ppm上升到540ppm至970ppm。相關(guān)模型預(yù)測100年后，海水pH將下降0.3-0.5，與自然過程相比，人類引發(fā)的海洋酸化發(fā)生速度非?？?，也許只有那些快速繁衍后代的生物，比如微生物，才能跟上海洋酸化快速前進的步伐。海洋是地球生命起源的搖籃，人與海洋需要和諧共存。保護海洋，人人有責(zé)！保護海洋環(huán)境就是保護人類自己的生命。作者| 田夕凡 廈門大學(xué)海洋化學(xué) 博士審稿| 高樹基 廈門大學(xué)近海海洋環(huán)境科學(xué)國家重點實驗室 教授文章由騰訊科學(xué)“科普中國頭條創(chuàng)作與推送項目”團隊推出轉(zhuǎn)載請注明來自“科普中國”