[科普中國]-海洋酸化

簡介

海洋酸化即海水由于吸收了空氣中過量的二氧化碳，導(dǎo)致酸堿度降低的現(xiàn)象。酸堿度一般用pH值來表示，范圍為0-14，pH值為0時代表酸性最強，pH值為14代表堿性最強。蒸餾水的pH值為7，代表中性。海水應(yīng)為弱堿性，海洋表層水的pH值約為8.2。當(dāng)空氣中過量的二氧化碳進入海洋中時，海洋就會酸化?？茖W(xué)家研究表明，由于人類活動影響，到2012年，過量的二氧化碳排放已將海水表層pH值降低了0.1，這表示海水的酸度已經(jīng)提高了30%。預(yù)計到2100年海水表層酸度將下降到7.8，到那時海水酸度將比1800年高150%。12

產(chǎn)生原因海洋與大氣在不斷進行著氣體交換，排放到大氣中的任何一種成分最終都會溶于海洋。

在工業(yè)時代到來之前，大氣中碳的變化主要是自然因素導(dǎo)致的，這種自然變化造成了全球氣候的自然波動。

從工業(yè)革命開始，人類開采使用煤、石油和天然氣等化石燃料，并砍伐了大量森林，至21世紀(jì)初，已經(jīng)排出超過5000億噸二氧化碳。這使得大氣中的碳含量水平逐年上升。

受海風(fēng)的影響大氣成分最先溶入幾百英尺深的海洋表層，在隨后的數(shù)個世紀(jì)中，這些成分會逐漸擴散到海底的各個角落。研究表明，在19世紀(jì)和20世紀(jì)，海洋吸收了人類排放的二氧化碳中的30%，并且仍在以約每小時一百萬噸的速度吸收著。人類活動導(dǎo)致了海水的不斷酸化。

酸化危害工業(yè)革命以來，人類活動釋放的CO2有超過1/3被海洋吸收，使表層海水的氫離子濃度近200年間增加了三成，pH值下降了0.1。作為海洋中進行光合作用的主力，浮游植物的門類眾多、生理結(jié)構(gòu)多樣，對海水中不同形式碳的利用能力也不同，海洋酸化會改變物種間競爭的條件。

2003年，“海洋酸化”這個術(shù)語第一次出現(xiàn)在英國著名科學(xué)雜志《自然》上。到2005年，研究災(zāi)難和突發(fā)事件的專家詹姆斯·內(nèi)休斯為人們進一步勾勒出了“海洋酸化”潛在的威脅。他的研究發(fā)現(xiàn)，距今5500萬年前，海洋里曾經(jīng)出現(xiàn)過一次生物滅絕事件，罪魁禍?zhǔn)拙褪侨芙獾胶Ｋ械亩趸?，估計總量達到45000億噸，此后海洋至少花了10萬年時間才恢復(fù)正常得以渡過難關(guān)。

2012年3月，一支由美國、英國、西班牙、德國和荷蘭21名研究人員組成的國際科學(xué)家團隊在最新一期《科學(xué)》雜志上發(fā)表報告稱，受人類排放溫室氣體的影響，地球正經(jīng)歷過去3億年來速度最快的海洋酸化進程，超過歷史上4次地球生物大規(guī)模滅絕時期，眾多海洋生物因此面臨生存威脅。

美國《科學(xué)》雜志2015年4月10日發(fā)表的一項新研究顯示，海洋酸化可能是造成2．5億年前地球上生物大滅絕的“元兇”。由英國愛丁堡大學(xué)領(lǐng)銜的這項研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時西伯利亞火山猛烈噴發(fā)，釋放出大量二氧化碳，導(dǎo)致海洋變酸，結(jié)果地球上90%的海洋生物與三分之二的陸地生物滅絕。這也是地球史上5次生物大滅絕中規(guī)模最大的一次。

研究人員分析在阿聯(lián)酋發(fā)掘的巖石后得出了上述結(jié)論。2．5億年前這些巖石位于海底，記錄了那個時期海水酸堿度的變化情況3。

生態(tài)危害**浮游植物：**由于浮游植物構(gòu)成了海洋食物網(wǎng)的基礎(chǔ)和初級生產(chǎn)力，它們的“重新洗牌”很可能導(dǎo)致從小魚小蝦到鯊魚、巨鯨的眾多海洋動物都面臨沖擊。此外，在pH值較低的海水中，營養(yǎng)鹽的餌料價值會有所下降，浮游植物吸收各種營養(yǎng)鹽的能力也會發(fā)生變化。而且，越來越酸的海水，還在腐蝕著海洋生物的身體，研究表明，鈣化藻類、珊瑚蟲類、貝類、甲殼類和棘皮動物在酸化環(huán)境下形成碳酸鈣外殼、骨架效率明顯下降。

由于全球變暖，從大氣中吸收CO2的海洋上表層也由于溫度上升而密度變小，從而減弱了表層與中深層海水的物質(zhì)交換，并使海洋上部混合層變薄，不利于浮游植物的生長。

**軟體動物：**一些研究認(rèn)為，到2030年，南半球的海洋將對蝸牛殼產(chǎn)生腐蝕作用，這些軟體動物是太平洋中三文魚的重要食物來源，如果它們的數(shù)量減少或是在一些海域消失，那么對于捕撈三文魚的行業(yè)將造成影響。

**魚類：**海洋酸化會阻礙珊瑚礁的生長繁殖，并導(dǎo)致小丑魚和小熱帶魚智商下降?！睹绹鴩铱茖W(xué)院院刊》的最新報道：模擬了未來50～100年海水酸度后發(fā)現(xiàn)，在酸度最高的海水里，魚仔起初會本能地避開捕食者，但它們很快就會被捕食者的氣味所吸引──這是它們的嗅覺系統(tǒng)遭到了破壞。

實驗表明，同樣一批魚在其他條件都相同的環(huán)境下，處于在現(xiàn)實的海水酸度中，30個小時僅有10%被捕獲；但是當(dāng)把它們放置在大堡礁附近酸化的實驗水域，它們便會在30個小時內(nèi)被附近的捕食者斬盡殺絕。

氣候影響**暴雨侵害：**海洋吸收溫室氣體造成的海水酸化，導(dǎo)致海中大陸架的珊瑚礁大量死亡，而這會造成低地島國，如基里巴斯和馬爾代夫更容易為暴雨所侵害。

氣候變暖：通過減少生物源含硫化合物的產(chǎn)生的方式，海洋酸化具有潛在可能導(dǎo)致氣候變暖加劇?！蹲匀弧獨夂蜃兓飞系囊豁椦芯糠Q，海水pH值的降低導(dǎo)致了二甲基硫化物濃度的下降。海洋生物排放是大氣硫元素的最大天然來源——大氣中的硫元素能夠增強大氣對輻射的反射率，從而降低地球表面溫度。在評估了未來在不同氣候條件下海洋生物排放硫元素的變化情況后，研究表明到2100年，海洋生物對硫元素的排放將下降18%左右，而這將額外引起顯著的輻射強迫，地球溫度將上升0.23℃~0.48℃。4

人類生計據(jù)估計，在有些水域，海洋的酸度將達到貝殼都會開始溶解的程度。當(dāng)貝類生物消失時，以這類生物為食的其他生物將不得不尋找別的食物，事實上人類將會遭殃。

聯(lián)合國糧農(nóng)組織估計，全球有5億多人依靠捕魚和水產(chǎn)養(yǎng)殖作為蛋白質(zhì)攝入和經(jīng)濟收入的來源，對其中最貧窮的4億人來說，魚類提供了他們每日所需的大約一半動物蛋白和微量元素。海水的酸化對海洋生物的影響必然危及這些人口的生計。

珊瑚或?qū)⑾?013年3月，日本一個研究小組在新一期英國《自然·氣候變化》雜志上發(fā)表報告說，海水酸化越嚴(yán)重，擁有堅硬骨骼并且能夠制造珊瑚礁的珊瑚就越少，而柔軟的海雞冠則會增加。如果酸化過于嚴(yán)重，珊瑚在21世紀(jì)末就有可能消失。

研究小組發(fā)現(xiàn)，當(dāng)海水pH值平均為8.1的時候，珊瑚生長狀態(tài)最好。當(dāng)pH值為7.8時，就變?yōu)橐院ｋu冠為主。如果pH值降至7.6以下，兩者都無法生存。

天然海水的pH值穩(wěn)定在7.9至8.4之間，而未受污染的海水pH值在8.0至8.3之間。海水的弱堿性有利于海洋生物利用碳酸鈣形成介殼。

研究小組指出，海水pH值預(yù)計本世紀(jì)末將達7.8左右，酸度比正常狀態(tài)下大幅升高，所以屆時珊瑚有可能消失。5

防范措施在2008年10月的國際海洋酸化研討會上，與會科學(xué)家指出，海洋酸化的自然恢復(fù)至少需要數(shù)千年，遏制它的唯一有效途徑就是盡快減少CO2的全球排放量。歐美等國正開始研究遏制海洋酸化的對策，中國也已將海洋酸化列入重點支持方向。

2009年8月13日，來自26國，逾150位科學(xué)家簽署《摩納哥宣言》（MonacoDeclaration），呼吁決策者將二氧化碳排放量穩(wěn)定在安全范圍內(nèi)，以避免危險的氣候變遷及海洋酸化等問題。

摩納哥宣言2009年8月13日，超過150位全球頂尖海洋研究人員齊聚于摩納哥，檢視海洋酸化（ocean acidification ）的最新信息，并藉由簽署《摩納哥宣言》（Monaco Declaration），對海洋酸化嚴(yán)重傷害全球海洋生態(tài)系統(tǒng)一事表達關(guān)切。該宣言指出，海水酸堿值（pH levels）的急劇變化，比過去自然改變的速度快上100倍。而海洋化學(xué)物質(zhì)在近數(shù)十年的快速改變，已嚴(yán)重影響海洋生物、食物網(wǎng)，生態(tài)多樣性及漁業(yè)等。

該宣言旨在呼吁決策者將二氧化碳排放量穩(wěn)定在安全范圍內(nèi)，以避免危險的氣候變遷及海洋酸化等問題。倘若大氣層的二氧化碳排放量持續(xù)增加，到了2050年時，珊瑚礁將無法在多數(shù)海域生存，因而導(dǎo)致商業(yè)漁業(yè)資源的永久改變，并威脅數(shù)百萬人民的糧食安全。6

研究歷程1956年，美國地球化學(xué)家洛根.羅維爾開始著手研究大工業(yè)時期制造的二氧化碳在未來50年中將產(chǎn)生怎樣的氣候效應(yīng)。洛根和他的合作伙伴在遠(yuǎn)離二氧化碳排放點的偏遠(yuǎn)地區(qū)設(shè)立了兩個監(jiān)測站。一個在南極，那里遠(yuǎn)離塵囂，沒有工業(yè)活動，而且一片荒蕪，幾乎沒有植被生長；另一個在夏威夷的莫納羅亞山頂。50年來，他們的工作幾乎從未間斷。

洛根通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，每年的二氧化碳濃度都高于前一年，而且二氧化碳的濃度變化與北半球植物的生長季節(jié)的更替是同步的。這一觀測結(jié)果讓科學(xué)界很快認(rèn)識到，洛根的擔(dān)憂是正確的：被釋放到大氣中的二氧化碳不會全部被植物和海洋吸收，有相當(dāng)部分殘留在大氣中。洛根還通過計算發(fā)現(xiàn)：被海洋吸收的二氧化碳數(shù)量非常巨大。

2012年，美國和歐洲科學(xué)家發(fā)布了一項新研究成果，證明海洋正經(jīng)歷3億年來最快速的酸化，這一酸化速度甚至超過了5500萬年前那場生物滅絕時的酸化速度。