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海洋酸化的危害

2012-03-05 11:57:00

作者:李忠东

 

  海洋吸收过量二氧化碳

 

  在2.5亿多年前,地球经历了一次最引人注目的灭绝危机,大约90%的海洋生物和70%的陆地生物绝迹了。到底是什么造成了如此之多的物种相继死亡,长期以来一直是争论的焦点。

 

  现在,一项新的研究提供了重要线索。科学家认为,空气中二氧化碳含量的上升引起的海洋酸化,可能在古代生物灭绝事件中起到了至关重要的作用。尤其是长有碳酸钙外壳的海洋生物,更是首当其冲,难以在酸性条件下生存。  

 

  海洋酸化是指由于海洋吸收大气中过量的二氧化碳,使海水逐渐变酸。海洋酸化这个术语2003年第一次出现在英国著名科学杂志《自然》上。目前海洋每年吸收的二氧化碳都在80亿吨左右,虽然对于减缓气候变暖起到了重要的作用,但海洋也为此付出了高昂的代价。

 

  随着未来几十年里大气中二氧化碳浓度的上升,吸收这种气体的海水最终酸性更强,地球有可能走向另一轮严重的灭绝事件,使得2.5亿多年前的历史重演。

 

  加拿大的海洋物理学家阿尔瓦罗·蒙特内哥罗指出:虽然与许多其他正在发生的事情相比,海洋酸化发挥的作用实际上很难量化,但是我们的结果清楚地表明,海洋酸化在古代生物灭绝事件中扮演着一个主要的角色,起了极大的作用。

 

  很明显人类已经使得并将继续使得海洋变得更具有酸性,我们可以预见到它对某些海洋生物的影响,其中蛤蚌、贻贝和其他水生贝类动物面临的风险最大。研究结果显示,生物未必能迅速适应海洋变化的速度,人们也无法快到足以改变海洋的pH值。

 

  pH值是溶液中氢离子活度的一种标度,也就是通常意义上溶液酸碱程度的衡量标准。pH值越趋向于0,表示溶液酸性越强。反之越趋向于14,表示溶液碱性越强。在常温下,pH=7的溶液为中性溶液。

 

  海洋酸性剧增

 

  生命的进化史穿插着许多重大的灭绝事件,其中包括大约6500万年前造成绝大部分恐龙灭绝的事件。到目前为止,最极端事件的顺序记录可以追溯到2.5亿多年前。二叠纪~三叠纪灭绝事件(PTB)是一个大规模灭绝事件,发生于古生代二叠纪与中生代三叠纪之间,约2.5亿多年前。若以消失的物种计算,当时地球上70%的陆生脊椎动物以及高达96%的海洋生物消失。这次灭绝事件也造成了昆虫唯一的一次大量灭绝,共计有57%的83%的消失。陆地与海洋的生态圈花了数百万年才完全恢复,比其他大型灭绝事件更久。PTB是地质年代五次大型灭绝事件中规模最庞大的一次,因此又非正式称为大灭绝,或是大规模灭绝之母。距今6500万年前,海洋里出现过的一次生物灭绝事件的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。

 

  科学家们知道,巨大的火山喷发把大量的甲烷和二氧化碳送进大气,温度非常高。地质研究表明,海底部分氧的含量非常低,但仍然不清楚是由什么所引起。

 

  为了着手解开其中的一些奥秘,阿尔瓦罗·蒙特内哥罗和其同事创立了一种计算机模型,模拟灭绝前和灭绝中所出现的情况。该模型包括一个根据历史情况精确排列的大陆,也第一次出现了布满山脊的海底,以创造一个逼真的水流循环模式。在把温度和二氧化碳浓度分别设置到假设当时所存在的最高水平后, 研究者们做实验看看海洋里会发生什么。他们的研究结果证实,温暖的气候不能解释海洋在PTB时的变化记录,而仅二氧化碳高含量这一项就能够使得海洋pH值大幅度下降(酸性增高)。

 

  英国的地质学家威格诺尔·保罗强调道:至于为什么在灭绝时期海洋底部的氧气如此之少,该模型没有提供多少证据,这表明我们需要去做大量的研究工作,才能真正了解发生在地球历史上最大的绝灭事件。

 

  但无论酸化还是缺氧,都是现代海洋即将出现的危机。化石记录表明,由于酸性环境使得水生贝类动物难以为它们的贝壳分泌和供养材料,因此在PTB中遭到灭顶之灾。

 

  努力减少二氧化碳排放量

 

  寒冷的海水加剧了问题的严重性,这意味着今天高纬地区的水生贝类动物面临着最大威胁。根据研究人员的预测,到2030年~2050年之间,首批受害的生物有可能是翼足目动物。这些小蜗牛生活在高纬地区的表层水体,形成了许多鱼和鸟类食物链的最低端。从现在起到2030年,南半球的海洋将严重腐蚀蜗牛壳,这些软体动物是太平洋中三文鱼的重要食物来源,如果它们的数量减少或是在一些海域消失,那么对于捕捞三文鱼的行业将造成影响。此外,海水酸化导致海中大陆架每年为旅游业创造数十亿美元产值的珊瑚礁大量死亡,将使旅游业严重受挫。

 

  今天的海洋酸性变得更强了,因为越来越多的二氧化碳通过化石燃料和其他来源进入大气,很可能往南蔓延到更温暖的水域里,威胁蛤蚌、牡蛎和珊瑚等生物。

 

  工业革命以来,人类活动释放的二氧化碳有1/3以上被海洋吸收,使表层海水的氢离子浓度近200年间增加了三成,pH值下降了0.1。海水酸性的增加,打破了海水化学的种种平衡,威胁到了海洋生态系统,使依赖于化学环境稳定性的多种海洋生物乃至生态系统面临巨大威胁,一些贝类生物的灭绝就是海洋酸化有力的证明。海洋酸化还严重破坏了生物多样性,并且造成一些具有侵略性的物种出现。作为海洋中进行光合作用的主力,浮游植物门类众多,生理结构多样,对海水中不同形式碳的利用能力也不同,海洋酸化会改变物种间竞争的条件。

 

  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。目前,解决该问题的唯一有效方法就是减少二氧化碳的排放量。
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