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海洋酸化

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海洋酸化(oceanacidification)是指由于吸收大气中过量的二氧化碳,导致海水逐渐变酸的过程。海水应为弱碱性,海洋表层水的pH值约为8.2。但到2012年,过量的二氧化碳排放已使海水表层pH值降低了0.1。海水酸性的增加,会改变海水的种种化学平衡,使多种海洋生物乃至生态系统面临巨大威胁。2012年3月11日,最新一期《科学》杂志上发表报告称,受人类排放温室气体的影响,地球正经历过去3亿年来速度最快的海洋酸化进程,超过历史上4次地球生物大规模灭绝时期,众多海洋生物因此面临生存威胁。

一份最新报告警告,如不采取紧急行动,制止过量捕鱼、污染及气候变化等威胁,全球珊瑚礁将在2050年前灭绝。以世界资源研究所为首的20多个环保组织和研究机构日前联合发布报告说,因全球变暖造成海水温度上升、二氧化碳排放使海洋酸化,航运、过量捕鱼、沿海经济发展以及农业排放等,都对珊瑚礁形成了严重威胁。

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中文名海洋酸化后果海水逐渐变酸原因海洋吸收、释放大气中过量CO2最早发现1956年

负责该报告的研究人员表示,“陆地、海岸和海洋的污染都对珊瑚礁形成巨大威胁。”这份题为《再论濒危中的珊瑚礁》的报告称,如不现在开始采取行动,2030年之前,90%以上珊瑚礁的生存将面临危险,而在2050年之前,几乎所有的珊瑚礁将濒临灭绝。这份报告的主要撰写人伯克促请全球领导人迅速采取行动,改善海洋管理,减少当地各种因素对珊瑚造成的威胁,特别是要减少过量捕鱼和温室气体的排放。如果珊瑚礁灭绝了,全球5亿人的生计将受到威胁,他们中大部分来自东南亚和印度洋的发展中国家。此外,养殖商业鱼类各国的地方将减少,海岸线将更容易受风暴的侵入,靠珊瑚礁吸引游客的国家旅游业也将受严重影响。

目录


1基本简介

海洋酸化即海水由于吸收了空气中过量的二氧化碳,导致酸碱度降低的现象。酸碱度一般用pH值来表示,范围为0-14,pH值为0时代表酸性最强,pH值为14代表碱性最强。蒸馏水的pH值为7,代表中性。海水应为弱碱性,海洋表层水的pH值约为8.2。当空气中过量的二氧化碳进入海洋中时,海洋就会酸化。科学家研究表明,由于人类活动影响,到2012年,过量的二氧化碳排放已将海水表层pH值降低了0.1,这表示海水的酸度已经提高了30%。预计到2100年海水表层酸度将下降到7.8,到那时海水酸度将比1800年高150%。[1][2]

2研究历史

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1956年,美国地球化学家洛根·罗维尔开始着手研究大工业时期产生的二氧化碳在未来50年中将产生怎样的气候效应。洛根通过监测发现:被释放到大气中的二氧化碳不会全部被植物吸收,有相当部分残留在大气中,且有大量二氧化碳被海洋吸收。

2003年,“海洋酸化”这个术语第一次出现在英国著名科学杂志《自然》上。

2005年,灾难突发事件专家詹姆斯·内休斯进一步阐明了海洋酸化潜在的威胁。他的研究发现,5500万年前,海洋里曾经出现过一次生物灭绝事件,罪魁祸首就是溶解到海水中的二氧化碳,估计总量达到45000亿吨,此后海洋至少花了10万年时间才恢复正常。

2012年,美国和欧洲科学家发布了一项新研究成果,证明海洋正经历3亿年来最快速的酸化,这一酸化速度甚至超过了5500万年前那场生物灭绝时的酸化速度。

3酸化危害

海洋上表层直接从大气中吸收二氧化碳,温度上升而密度变小,从而减弱了表层与中深层海水的物质交换,并使海洋上部混合层变薄,不利于浮游植物的生长。

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浮游植物的门类众多、生理结构多样,对海水中不同形式碳的利用能力也不同,海洋酸化会改变种间竞争的条件。在海水酸化较轻的地区,只有部分浮游植物受到影响,但在最为严重的地区,所有浮游植物的生存均遭受威胁。

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由于浮游植物构成了海洋食物网的基础和初级生产力,它们种类和数量的变化很可能导致从小鱼小虾到鲨鱼、巨鲸的众多海洋动物都面临冲击。此外,在pH值较低的海水中,营养盐的饵料价值会有所下降,浮游植物吸收各种营养盐的能力也会发生变化。而且,越来越酸的海水,还在腐蚀着海洋生物的身体,研究表明,钙化藻类、珊瑚虫类、贝类、甲壳类和棘皮动物在酸化环境下形成碳酸钙外壳,骨架效率明显下降。

海水酸化导致海洋中大陆架的珊瑚礁大量死亡,而这会造成低地岛国,如基里巴斯和马尔代夫更容易为暴雨所侵害。

联合国粮农组织估计,全球有5亿多人依靠捕鱼和水产养殖作为蛋白质摄入和经济收入的来源,对其中最贫穷的4亿人来说,鱼类提供了他们每日所需的大约一半动物蛋白和微量元素。海水的酸化对海洋生物的影响必然危及这些人口的生计。

澳门新萄京官方网站 4海洋酸化图册澳门新萄京官方网站 5海洋酸化图册

4产生原因

海洋与大气在不断进行着气体交换,排放到大气中的任何一种成分最终都会溶于海洋。

在工业时代到来之前,大气中碳的变化主要是自然因素导致的,这种自然变化造成了全球气候的自然波动。

受海洋酸化影响的太平洋牡蛎

从工业革命开始,人类开采使用煤、石油和天然气等化石燃料,并砍伐了大量森林,至21世纪初,已经排出超过5000亿吨二氧化碳。这使得大气中的碳含量水平逐年上升。

受海风的影响大气成分最先溶入几百英尺深的海洋表层,在随后的数个世纪中,这些成分会逐渐扩散到海底的各个角落。研究表明,在19世纪和20世纪,海洋吸收了人类排放的二氧化碳中的30%,并且仍在以约每小时一百万吨的速度吸收着。人类活动导致了海水的不断酸化。

5防范措施

2008年10月联合国教科文组织下属政府间海洋学委员会与国际原子能机构等在摩纳哥举办海洋酸化研讨会,与会科学家指出,海洋酸化的自然恢复至少需要数千年,遏制它的唯一有效途径就是尽快减少二氧化碳的全球排放量。

随后,欧美等国开始研究遏制海洋酸化的对策,中国也将海洋酸化列入重点支持方向。

2009年8月13日,来自26国,逾150位科学家签署《摩纳哥宣言》(MonacoDeclaration),呼吁决策者将二氧化碳排放量稳定在安全范围内,以避免危险的气候变迁及海洋酸化等问题。

海水酸化基本是不可逆的。虽然理论上说可以向海洋中添加化学制剂以中和多余的二氧化碳,但从实际操作层面并不具有可行性。

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2003年,“海洋酸化”这个术语第一次出现在英国著名科学杂志《自然》上。到2005年,研究灾难和突发事件的专家詹姆斯·内休斯为人们进一步勾勒出了“海洋酸化”潜在的威胁。他的研究发现,距今5500万年前,海洋里曾经出现过一次生物灭绝事件,罪魁祸首就是溶解到海水中的二氧化碳,估计总量达到45000亿吨,此后海洋至少花了10万年时间才恢复正常得以渡过难关。

日前,一支由美国、英国、西班牙、德国和荷兰21名研究人员组成的国际科学家团队在最新一期《科学》杂志上发表报告称,受人类排放温室气体的影响,地球正经历过去3亿年来速度最快的海洋酸化进程,超过历史上4次地球生物大规模灭绝时期,众多海洋生物因此面临生存威胁。

研究人员推断,先前海洋酸化主要因素是“天灾”,如今则是“人祸”。

意大利西西里岛外的海洋中,有一座名为武尔卡诺的火山岛,其名源自罗马神话中火神的名字“武尔坎”。自那以后,火神把所有的火山都命名为“武尔卡诺”。从西西里出发驶往武尔卡诺岛,一股臭鸡蛋味越来越浓烈,那就是从火山口不断喷出的饱含二氧化碳的热气。岛屿的海滩由厚厚的黑色火山灰铺就。武尔卡诺火山的喷发是人类历史上第一次对火山活动的记录。

科学家对武尔卡诺火山岛的研究如今更有现实意义。他们关心的已经不是岛上有几千年历史的岩石,而是岛上每天喷出的多达10吨的无形的二氧化碳气体。因为科学家发现,越来越多的证据表明,二氧化碳使得岛屿周围的海水严重酸化,其后果是海洋生物的生存环境急剧恶化,已有数十种海洋生物因此而绝种。

英国普利茅斯大学海洋生物学家詹森·霍尔-斯宾塞长期在这里从事研究工作。他仔细测量海水成分,跟踪记录鱼类族群变化、珊瑚以及软体动物的生长及消亡情况。在岛上,他看到附着类甲壳动物的残片聚集在一起,沿着被海浪侵蚀的岛岸形成一条发白的带子。霍尔说,附着类甲壳动物的生命力很强,但在海水酸化最为严重的地区,连它们也没能幸免。

在酸性水中生活的贝类,它们的贝壳已经薄得透明。在海底火山口附近,海胆也毫无踪迹。除了水母,海草和藻类,海底火山口附近找不到什么其他生物。霍尔-斯宾塞估计这里的海水酸度与2100年左右全球海洋酸度相近。“通常在酸化的海水中人们只能找到几种像野草一样能适应剧烈环境变化的生物。这就是二氧化碳含量提高后海洋的面貌。”

人类活动加速海洋酸化进程

研究人员推测,在人类出现之前的海洋酸化现象大多缘于火山活动或小行星撞击,致使大气中二氧化碳浓度大幅升高。而现在,主要酸化因素是工业排放。

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在极暖期的5000年期间,大气碳浓度增加一倍,平均气温升高6摄氏度。19世纪工业革命初期,使用化石燃料和其他的人类活动使碳浓度从大约280ppm升至392ppm。ppm为浓度计量单位,1ppm为百万分之一。联合国政府间气候变化问题研究小组预测,本世纪地球气温可能上升1.8摄氏度至4摄氏度。美国哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地质观测站古海洋学家巴贝尔·霍尼施说,“我们很清楚,在史前发生的海洋酸化事件中,生物没有灭绝,原因是生物进化,新生物代替灭绝生物。然而,如果工业碳排放按现有速度继续下去,我们有可能失去珊瑚、牡蛎和鲑鱼这些与人类生活密切相关的海洋生物。”

美国国家海洋和大气管理局海洋生物学家理查德·菲利说:“这些研究让我们了解史前海洋酸化事件的进程。这些事件并非突然发生。今后数十年间,我们所作的决定可能对地质年表产生重大影响。”

从工业革命开始,人类开始使用煤、石油和天然气等化石燃料,还砍伐了大量森林,至今已经排出超过5000亿吨的二氧化碳。如今大气中的二氧化碳含量超过之前80万年中任何时期的含量。二氧化碳排放的增加大大影响了海洋的酸化程度。海洋与大气在不断进行着气体交换,排放到大气中的任何一种成分最终都会溶于海洋。受海风的影响大气成分最先溶入海洋表层,在此后的数个世纪中,这些成分就会扩散到海底的各个角落。

上世纪90年代一个国际研究小组花费了15年时间,完成了一项采集和分析超过7.7万份采自世界不同地区不同深度海水样本的项目。研究结果显示,在过去两个世纪中海洋吸收了人类排放的二氧化碳中的30%,目前海洋以每小时约一百万吨的速度吸收二氧化碳。

美国全国研究委员会2009年曾报告称,海洋吸收了人类排放的近三分之一的二氧化碳。工业革命以来,全球海水的平均pH值已由最初的8.2下降为8.1,如果不能遏制这一趋势,到本世纪末,海水的pH值将进一步下降0.2到0.3。

海洋酸化生物链环环断裂

海洋酸化的影响是多方面的。通过改变海洋微生物的比例,海洋酸化可能会改变海水中如铁、氮等主要营养成分的比例。同样,可能导致阳光更容易穿透海洋表层到达更深处。由于海水的基本化学成分改变,海洋吸收低周波声音的能力会下降达40%,这会导致部分海域噪音更多。最终,酸化还会妨碍一些物种的繁衍生息。

海水酸度增加可致死珊瑚,而珊瑚是许多海洋动植物的栖息地。另外,酸性增加影响贝类和虾类外壳形成。在极暖时期,多种珊瑚和单细胞海洋生物灭绝,食物链中多种植物或动物继而消失。研究人员以南极洲附近大洋海底中浮游生物化石层之间的褐泥层为考察对象,认为在5000年的极暖时期海水酸度偏高,以至于把浮游生物化石腐蚀成泥状物。

研究人员认定,历史上4次生物大规模灭绝时期伴随碳增加、气温升高和海水变酸,而现阶段的海洋酸化情况可能比史前时期更严重。

报告的作者、英国布里斯托尔大学学者安迪·里吉威尔说:“地质记录显示,至少3亿年以来,现有海洋酸化过程的速度可能最快,海洋生态系统变化可能正进入未知领域。”

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研究人员首先担心的是热带珊瑚礁大规模消失。同时由于二氧化碳更容易溶于低温水,南北极附近可能更先看到海水酸化的影响。科学家们已经在小蜗牛等动物身上发现了显著变化,实验证明在酸化的海水中小蜗牛生长十分缓慢,而它们却是南北极海水中的鱼类、鲸类以及海鸟的主要食物。

海洋生物是否能够适应渐渐酸化的海水?科学家的研究结果并不乐观。武尔卡诺岛火山持续不断地向海水中排放二氧化碳至少已有一千多年,但在火山口附近pH值为7.8的水域中,生物种类比火山口以外的地区减少了三分之一。科学家预测本世纪末全球海洋的酸度都将达到这一数值。詹森·霍尔-斯宾塞说,“这里的海洋生物代代生长在这里,它们有足够的时间进化,然而如今它们却消失了。保持酸碱度对生命体至关重要,人类自身能够不断对血液的酸碱度进行调节。但一些低等生物并没有这个能力,它们只能忍受外界环境,当环境变化超出忍耐极限时它们只能走向死亡。”

比如,珊瑚礁的生存环境已经差不多恶化到了极限。不断上升的海水温度使珊瑚成片成片地白化死亡。人类过度捕捞极大减少了能够控制海藻过度生长进而保持珊瑚礁健康的食草鱼类的数量。农业化肥污染加速了海藻的繁殖,使珊瑚礁的生态环境变得一团糟。

海洋酸化对珊瑚礁来说更为致命。海洋酸化会溶解珊瑚礁的根基上万年以前开始慢慢累积的成千上万的珊瑚骨骼。珊瑚虫在制造碳酸钙质的外骨骼时需要钙离子和碳酸盐离子,在海水酸化过程中碳酸盐离子不断被消耗,导致珊瑚虫获取碳酸盐离子越来越困难。

从1977年到2001年,加勒比海的珊瑚面积覆盖减少了80%之多。在海洋中珊瑚礁是很多海洋生物的食物来源。珊瑚礁毁灭了,生活在城堡中的海洋居民也将因失去食物来源而饿死。

联合国教科文组织下属政府间海洋学委员会的专家认为,由于吸收了过多的二氧化碳,海洋正在以前所未有的速度酸化,这一现象已经威胁到了海洋生态系统和几千万人的生计。

6词条图册

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参考资料:

海洋酸化将导致海螺壳体不断溶解

科学家用图片揭示海洋酸化对海洋生命的影响

扩展阅读: