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近200年海洋表層水pH值下降0.1 海洋真的在“變酸”嗎?
2019-05-02 11:26 來源:浙江在線

原標題:近200年海洋表層水pH值下降0.1 海洋真的在“變酸”嗎?

浙江在線5月2日訊(浙江在線記者 黃慧仙 通訊員 陳斯音)遠眺,是秋水長天共一色;近觀,是碧波微瀾,頓生天高地迥之感;細嗅,自有徐徐咸澀之風而來……印象中的海洋或有千萬種風情,但近年來,“海水酸化”這一看似陌生的詞,卻正在以另一種方式悄悄闖入公眾視野。

那么,海水真的在變酸嗎?為什么會變酸?誰又是海水酸化的受害者?

4月15日,以海洋酸化觀測為主題的全球海洋酸化觀測網第四屆國際研討會在杭州開幕。來自全球60多個國家的270余名海內外海洋界知名專家、學者及業界代表匯聚于此,一場關于全球海洋酸化的頭腦風暴就此展開。

海洋酸化對貝殼類等生物的影響示意圖。 本版照片(除注明外)均由海洋二所提供

近200年海水pH值

為何明顯下降?

何謂海水酸化?說起來,這其實是個漫長的化學變化過程。

衛星海洋環境動力學國家重點實驗室主任柴扉研究員解釋說,海水酸化是指海水吸收了空氣中過量的二氧化碳,二氧化碳溶于海水后形成碳酸,一系列化學反應之下導致海水pH值下降的現象。

pH值是海水酸化的一個主要指標。一般來說,海洋表層水的pH值約為8.2,呈弱堿性。現有的科學證據表明,在過去200年時間里,海洋吸收了人類產生的二氧化碳的30%左右,約還有50%殘留在大氣中。海洋吸收的二氧化碳最大限度地緩解了全球變暖的影響,但同時也使表層海水的pH平均值從工業革命開始時的8.2下降到目前的8.1。

0.1的變化,乍一看似乎是個微不足道的數值,但從縱向千萬年的時間跨度來看,卻是一個了不得的數字了。

其實,海水的pH值本來就不是固定不變的,高緯度海域的pH值會比低緯度的高,表層海水中的pH值亦比深層海水中的pH值高。但從整個海洋環境來說,海水pH值的變化卻是很小的,2000多萬年來的變化幅度也只是±0.3而已,如今我們的海洋系統在200多年間就下降了0.1,相比之下,足見其中變化之巨。

據政府間氣候變化專門委員會(IPCC)預測,到2100年,全球海水pH平均值將會持續下降0.3~0.4,由原來的8.2降為7.9或7.8。到那時,海水酸度相較于工業革命開始時將提高約100%至150%。據此進一步推算,到2300年,全球海水pH平均值有可能會下降約0.5。

其實,在地球地質歷史上,并非沒有過海洋酸堿度大幅度變化的先例。

距今5500萬年前,由于海底“可燃冰”融化釋放出巨量的甲烷,大氣中的溫室氣體突然增加,在短短幾千年時間里,地球溫度上升了6℃左右。2萬億噸的碳溶解到海洋中,海水的pH值急劇下降,造成海底碳酸鹽大量溶解,進而導致大量海洋底棲生物滅絕。地球歷史上出現過的4次生物大滅絕事件,都伴隨著海水酸化的現象。前車之鑒告誡我們,對于當下正在發生的海水酸化現象,我們絕不可掉以輕心。

而海水酸化的“罪魁禍首”正是人類生產生活中過度排放的二氧化碳。

美國夏威夷Mauna Loa站和Aloha站的長期監測結果顯示,截至2017年,大氣中二氧化碳濃度以大約每年1.7ppm(百萬分之一)的速度升高,海洋表面二氧化碳分壓也隨之不斷升高,而海洋表面海水的pH值持續降低。不僅如此,包括WHOTS浮標、KEO浮標、Papa浮標等在內的全球所有監測站位的監測結果,均呈現相似的變化趨勢。科學家還發現,如今的海水酸化是史無前例的,不管是史前冰期還是間冰期交替,均未出現這樣的狀況。

“海水酸化是人類共同面臨的重要責任生態問題。”自然資源部第二海洋研究所陳大可院士說。

海水酸化沖擊貝類養殖

從2003年《Nature》首次提出“海洋酸化”這個科學問題以來,人類對于“海洋酸化”問題的理解,正從一個簡單抽象的學術名詞變得具象而生動。

“海水酸化是一個循序漸進的擴展過程,酸化范圍不僅從最初的海洋表面到海平面下的500米、1000米,也從遠海逐漸擴展至邊緣海、近海。”柴扉研究員說。

陳大可院士說,海水酸度的增加,將改變海水化學性質的種種平衡,使依賴于化學環境穩定性的多種海洋生物乃至生態系統面臨巨大威脅。目前,全球海洋酸化正以前所未有的速度快速發展。作為地球兩端重要的海域——北冰洋和南大洋,海洋酸化也正在深刻地影響著那里脆弱的海洋生態系統。

對此,美國著名海洋學家Richard Feely教授也有著類似的看法。他說,海洋酸化最終會引起海洋系統內一系列化學變化,進而影響到大多數海洋生物的生理、生長、繁殖、代謝與生存。

因pH值下降而受害的,首先便是有碳酸鈣骨骼的生物。在表層海水里,碳酸鹽處于飽和狀態,一些海洋生物的碳酸鈣骨骼能夠正常形成,但一到了深水區,隨著壓力的增大、溫度的降低,碳酸鹽濃度變得不飽和,海水pH值降低,碳酸鈣就會溶解。“海水酸化,就是表層海水的pH值下降,使得碳酸鹽飽和度下降。如此一來,那些靠碳酸鈣骨骼保護或者支撐的生物,就會無法生存。”柴扉研究員說。

而在海洋中,屬于碳酸鈣骨骼的生物多不勝數,小至像浮游生物中的有孔蟲、顆石藻,大如貽貝、牡蠣、棘皮動物和甲殼綱動物等,他們在維持生物多樣性方面扮演著突出的角色,其中一些還具有重要的經濟價值。

“于人類社會而言,海洋酸化首當其沖受到影響的就是近海的水產養殖業。”中國科學院院士、近海海洋環境科學國家重點實驗室主任戴民漢教授說。對于中國沿海以及美國加州、華盛頓州的生蠔等貝類養殖行業,這樣的影響特別顯著。

在過去開展的一些調研中,因海水酸化未能正常發育的美國加州養殖的小牡蠣,給柴扉留下了很深印象。“在正常的海水中,這些小牡蠣、小生蠔大多能正常發育;但在酸化的海水中,它們往往發育遲滯,20天左右就會死亡。”柴扉研究員說。

當我們的目光從全球聚焦至國內,就會發現,海水酸化給貝類養殖所帶來的負面影響,絕不僅限于美國等個別國家。柴扉研究員說,中國是世界上最大的水產養殖國,總產量為全球海水養殖的60%以上。其中貝類養殖量占全世界的30%左右,因此,近岸海水酸化對于中國貝類養殖的影響是不容忽視的。

近年來相關研究表明,除了產量上的影響之外,海水酸化也在一定程度上改變著水產品的口感。一位瑞典科學家通過對照實驗的方式,將蝦放入不同酸化環境中進行養殖。實驗發現,在酸化環境中成長的蝦在肉質、口感等方面明顯不如對照組。這樣的實驗結果,對于普通居民來說,應當是最直觀的影響了。

不過,專家也表示,雖然口感不好,但目前尚未有實驗證明,食用在酸化環境中生長的水產品會對人體健康造成損害。

“智能海洋”體系呵護海洋生態

“如果說采取手段遏制這種趨勢,最好的辦法當然是降低大氣中二氧化碳的濃度,但這并非易事。”澳大利亞聯邦科學與工業研究組織(CSIRO)、“全球海洋酸化觀測網”(GOA-ON)共同主席Bronte Tilbrook說。

在戴民漢院士看來,要真正解決海洋酸化的困擾,逐步厘清海洋酸化的驅動因子,通過更加系統的科學研究尋找解決方案,才是解決問題的關鍵。2016年農業農村部提出的“農藥化肥雙減”目標,以及國家大力推進的能源結構優化,綠色出行等舉措,都有助于減少二氧化碳排放,緩解海洋酸化。

眾多海洋科學家已有共識:海洋酸化是一個全球性生態問題,需要全球各國共同參與解決。全球海洋酸化觀測網(GOA-ON)已在該領域開展前沿探索和重要實踐。

2012年,由美國國家海洋和大氣局(NOAA)、國際原子能機構(IAEA)、政府間海洋學委員會(IOC)等多個機構為基礎組建的全球海洋酸化觀測網(GOA-ON),是一個專為全球性海洋酸化研究開展國際合作的平臺組織。近年來,GOA-ON組織了觀測全球開闊大洋、近海及河口等區域的海洋酸化狀態,評估海洋酸化對海洋生態系統的影響,分析海洋酸化驅動因素,以及提供高時空分辨數據優化海洋酸化分析和預測模型等全球性海洋酸化相關工作。目前,已有94個國家參與其中,中國是該平臺組織的一員。

來自美國華盛頓大學的海洋學家、本次研討會聯合主席Jan Newton說,中國是GOA-ON的發起者和參與者,一直以來都積極參與該國際平臺的組織和發展。

“近海與深海是互通的,只有全面了解整體海域的情況,才能更好地監測、保護我國近海海洋環境與資源。”本次研討會主辦方、大會聯合主席柴扉研究員說。在幾十年前,由于出海能力、科考船能力以及科考人員的配備、訓練等條件限制,中國的海洋科學研究主要集中在渤海、黃海、東海、南海等;而近年來,從赤道到黑潮,以及日本沿岸的延伸體等西太平洋流域對于我們近岸的影響,也逐步被納入我國海洋科學研究的視野。“在最近5到10年的時間里,隨著我國海洋科學研究技術與海洋科技人才培養的大力推進,我國的海洋科學研究終將逐漸從中國近海走向深海。”柴扉研究員說,這是海洋科學研究的大勢所趨。

此外,柴扉研究員還告訴記者,其所在的國家重點實驗室現有的衛星遙感、數值字模擬、立體監測等技術,可用于監測海洋環境,可與生態、生物地球化學等學科結合,共同開展海洋酸化研究,也是其團隊未來努力的一大方向。“目前,科學家正在東海、西太平洋等地建立海洋監測系統,未來還將進一步擴大覆蓋面,以期通過大數據、人工智能等方式構建起‘智能海洋’體系,更好地呵護全球海洋生態環境。”

雨過潮平江海碧。各國之力匯聚滄海之變,海洋生態平衡或將不再是難解之題。

責任編輯: 張目

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