近200年海洋表层水pH值下降0.1——海洋真的在“变酸”吗?

远眺,是秋水长天共一色;近观,是碧波微澜,顿生天高地迥之感;细嗅,自有徐徐咸涩之风而来……印象中的海洋或有千万种风情,但近年来,“海水酸化”这一看似陌生的词,却正在以另一种方式悄悄闯入公众视野。

那么,海水真的在变酸吗?为什么会变酸?谁又是海水酸化的受害者?

4月15日,以海洋酸化观测为主题的全球海洋酸化观测网第四届国际研讨会在杭州开幕。来自全球60多个国家的270余名海内外海洋界知名专家、学者及业界代表汇聚于此,一场关于全球海洋酸化的头脑风暴就此展开。

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海洋酸化对贝壳类等生物的影响示意图。本版照片(除注明外)均由海洋二所提供

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近200年海水pH值

为何明显下降?

何谓海水酸化?说起来,这其实是个漫长的化学变化过程。

卫星海洋环境动力学国家重点实验室主任柴扉研究员解释说,海水酸化是指海水吸收了空气中过量的二氧化碳,二氧化碳溶于海水后形成碳酸,一系列化学反应之下导致海水pH值下降的现象。

pH值是海水酸化的一个主要指标。一般来说,海洋表层水的pH值约为8.2,呈弱碱性。现有的科学证据表明,在过去200年时间里,海洋吸收了人类产生的二氧化碳的30%左右,约还有50%残留在大气中。海洋吸收的二氧化碳最大限度地缓解了全球变暖的影响,但同时也使表层海水的pH平均值从工业革命开始时的8.2下降到目前的8.1。

0.1的变化,乍一看似乎是个微不足道的数值,但从纵向千万年的时间跨度来看,却是一个了不得的数字了。

其实,海水的pH值本来就不是固定不变的,高纬度海域的pH值会比低纬度的高,表层海水中的pH值亦比深层海水中的pH值高。但从整个海洋环境来说,海水pH值的变化却是很小的,2000多万年来的变化幅度也只是±0.3而已,如今我们的海洋系统在200多年间就下降了0.1,相比之下,足见其中变化之巨。

据政府间气候变化专门委员会(IPCC)预测,到2100年,全球海水pH平均值将会持续下降0.3~0.4,由原来的8.2降为7.9或7.8。到那时,海水酸度相较于工业革命开始时将提高约100%至150%。据此进一步推算,到2300年,全球海水pH平均值有可能会下降约0.5。

其实,在地球地质历史上,并非没有过海洋酸碱度大幅度变化的先例。

距今5500万年前,由于海底“可燃冰”融化释放出巨量的甲烷,大气中的温室气体突然增加,在短短几千年时间里,地球温度上升了6℃左右。2万亿吨的碳溶解到海洋中,海水的pH值急剧下降,造成海底碳酸盐大量溶解,进而导致大量海洋底栖生物灭绝。地球历史上出现过的4次生物大灭绝事件,都伴随着海水酸化的现象。前车之鉴告诫我们,对于当下正在发生的海水酸化现象,我们绝不可掉以轻心。

而海水酸化的“罪魁祸首”正是人类生产生活中过度排放的二氧化碳。

美国夏威夷Mauna Loa站和Aloha站的长期监测结果显示,截至2017年,大气中二氧化碳浓度以大约每年1.7ppm(百万分之一)的速度升高,海洋表面二氧化碳分压也随之不断升高,而海洋表面海水的pH值持续降低。不仅如此,包括WHOTS浮标、KEO浮标、Papa浮标等在内的全球所有监测站位的监测结果,均呈现相似的变化趋势。科学家还发现,如今的海水酸化是史无前例的,不管是史前冰期还是间冰期交替,均未出现这样的状况。

“海水酸化是人类共同面临的重要责任生态问题。”自然资源部第二海洋研究所陈大可院士说。

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海水酸化冲击贝类养殖

从2003年《Nature》首次提出“海洋酸化”这个科学问题以来,人类对于“海洋酸化”问题的理解,正从一个简单抽象的学术名词变得具象而生动。

“海水酸化是一个循序渐进的扩展过程,酸化范围不仅从最初的海洋表面到海平面下的500米、1000米,也从远海逐渐扩展至边缘海、近海。”柴扉研究员说。

陈大可院士说,海水酸度的增加,将改变海水化学性质的种种平衡,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。目前,全球海洋酸化正以前所未有的速度快速发展。作为地球两端重要的海域——北冰洋和南大洋,海洋酸化也正在深刻地影响着那里脆弱的海洋生态系统。

对此,美国著名海洋学家Richard Feely教授也有着类似的看法。他说,海洋酸化最终会引起海洋系统内一系列化学变化,进而影响到大多数海洋生物的生理、生长、繁殖、代谢与生存。

因pH值下降而受害的,首先便是有碳酸钙骨骼的生物。在表层海水里,碳酸盐处于饱和状态,一些海洋生物的碳酸钙骨骼能够正常形成,但一到了深水区,随着压力的增大、温度的降低,碳酸盐浓度变得不饱和,海水pH值降低,碳酸钙就会溶解。“海水酸化,就是表层海水的pH值下降,使得碳酸盐饱和度下降。如此一来,那些靠碳酸钙骨骼保护或者支撑的生物,就会无法生存。”柴扉研究员说。

而在海洋中,属于碳酸钙骨骼的生物多不胜数,小至像浮游生物中的有孔虫、颗石藻,大如贻贝、牡蛎、棘皮动物和甲壳纲动物等,他们在维持生物多样性方面扮演着突出的角色,其中一些还具有重要的经济价值。

“于人类社会而言,海洋酸化首当其冲受到影响的就是近海的水产养殖业。”中国科学院院士、近海海洋环境科学国家重点实验室主任戴民汉教授说。对于中国沿海以及美国加州、华盛顿州的生蚝等贝类养殖行业,这样的影响特别显著。

在过去开展的一些调研中,因海水酸化未能正常发育的美国加州养殖的小牡蛎,给柴扉留下了很深印象。“在正常的海水中,这些小牡蛎、小生蚝大多能正常发育;但在酸化的海水中,它们往往发育迟滞,20天左右就会死亡。”柴扉研究员说。

当我们的目光从全球聚焦至国内,就会发现,海水酸化给贝类养殖所带来的负面影响,绝不仅限于美国等个别国家。柴扉研究员说,中国是世界上最大的水产养殖国,总产量为全球海水养殖的60%以上。其中贝类养殖量占全世界的30%左右,因此,近岸海水酸化对于中国贝类养殖的影响是不容忽视的。

近年来相关研究表明,除了产量上的影响之外,海水酸化也在一定程度上改变着水产品的口感。一位瑞典科学家通过对照实验的方式,将虾放入不同酸化环境中进行养殖。实验发现,在酸化环境中成长的虾在肉质、口感等方面明显不如对照组。这样的实验结果,对于普通居民来说,应当是最直观的影响了。

不过,专家也表示,虽然口感不好,但目前尚未有实验证明,食用在酸化环境中生长的水产品会对人体健康造成损害。

“智能海洋”体系呵护海洋生态

“如果说采取手段遏制这种趋势,最好的办法当然是降低大气中二氧化碳的浓度,但这并非易事。”澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)、“全球海洋酸化观测网”(GOA-ON)共同主席Bronte Tilbrook说。

在戴民汉院士看来,要真正解决海洋酸化的困扰,逐步厘清海洋酸化的驱动因子,通过更加系统的科学研究寻找解决方案,才是解决问题的关键。2016年农业农村部提出的“农药化肥双减”目标,以及国家大力推进的能源结构优化,绿色出行等举措,都有助于减少二氧化碳排放,缓解海洋酸化。

众多海洋科学家已有共识:海洋酸化是一个全球性生态问题,需要全球各国共同参与解决。全球海洋酸化观测网(GOA-ON)已在该领域开展前沿探索和重要实践。

2012年,由美国国家海洋和大气局(NOAA)、国际原子能机构(IAEA)、政府间海洋学委员会(IOC)等多个机构为基础组建的全球海洋酸化观测网(GOA-ON),是一个专为全球性海洋酸化研究开展国际合作的平台组织。近年来,GOA-ON组织了观测全球开阔大洋、近海及河口等区域的海洋酸化状态,评估海洋酸化对海洋生态系统的影响,分析海洋酸化驱动因素,以及提供高时空分辨数据优化海洋酸化分析和预测模型等全球性海洋酸化相关工作。目前,已有94个国家参与其中,中国是该平台组织的一员。

来自美国华盛顿大学的海洋学家、本次研讨会联合主席Jan Newton说,中国是GOA-ON的发起者和参与者,一直以来都积极参与该国际平台的组织和发展。

“近海与深海是互通的,只有全面了解整体海域的情况,才能更好地监测、保护我国近海海洋环境与资源。”本次研讨会主办方、大会联合主席柴扉研究员说。在几十年前,由于出海能力、科考船能力以及科考人员的配备、训练等条件限制,中国的海洋科学研究主要集中在渤海、黄海、东海、南海等;而近年来,从赤道到黑潮,以及日本沿岸的延伸体等西太平洋流域对于我们近岸的影响,也逐步被纳入我国海洋科学研究的视野。“在最近5到10年的时间里,随着我国海洋科学研究技术与海洋科技人才培养的大力推进,我国的海洋科学研究终将逐渐从中国近海走向深海。”柴扉研究员说,这是海洋科学研究的大势所趋。

此外,柴扉研究员还告诉记者,其所在的国家重点实验室现有的卫星遥感、数值字模拟、立体监测等技术,可用于监测海洋环境,可与生态、生物地球化学等学科结合,共同开展海洋酸化研究,也是其团队未来努力的一大方向。“目前,科学家正在东海、西太平洋等地建立海洋监测系统,未来还将进一步扩大覆盖面,以期通过大数据、人工智能等方式构建起‘智能海洋’体系,更好地呵护全球海洋生态环境。”

雨过潮平江海碧。各国之力汇聚沧海之变,海洋生态平衡或将不再是难解之题。

(来源:浙江在线)

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