越來越酸的海洋 越來越迷的未來

    近日，深圳南澳海面出現較大面積赤潮。

   在4月22日第43個世界地球日到來之前，《科學》發表的一篇文章，把人們關注氣候變化與二氧化碳排放的視角從大氣帶到了海洋。這篇文章宣稱，由來自不同大學的21位研究人員組成的科研小組，經過檢測和評估地質記錄后，得出結論：目前的海洋酸化速度是3億年來的最高值。

    “海洋酸化，讓原本就處于多重壓力下的海洋生態系統，變得更為復雜并充滿了不確定性。”近日，中國水產科學院黃海水產研究所研究員唐啟升，作為第419次香山科學會議的執行主席，在其主題發言中，提出了這樣的觀點。此次以“海洋酸化：越來越酸的海洋、災害與效應預測”為主題的會議，讓不同領域的學者有機會共同探討海洋酸化對我國海洋資源與環境的影響及應對策略。

    越來越酸的海洋

    海洋酸化是指由于吸收大氣中過量的二氧化碳，導致海水逐漸變酸的過程。人類活動向大氣釋放的二氧化碳，以每小時100萬噸以上的速率被海洋吸收，在吸收過程中，二氧化碳與水反應釋放出氫離子，使得海水的pH值下降。海水應為弱堿性，海洋表層水的pH值約為8.2。但到2012年，海水表層pH值降低了0.1。海水酸性的增加，會改變海水的種種化學平衡，使多種海洋生物乃至生態系統面臨巨大威脅。因此，除了全球變暖，海洋酸化被稱為與二氧化碳排放相關的另一重大環境問題。

    其實，早在上世紀70年代，便有科學家注意到海洋酸化的現象。經過多年研究，2005年英國皇家學會的一份報告正式提出了海洋酸化問題。

    據美國蒙特雷灣水族館研究所的Barry先生介紹，在過去的十年中，海洋酸化的研究規模迅速擴大，一系列國家乃至國際間合作研究，提高了人們對未來海洋酸化的認識。一份來自夏威夷附近海域20年的數據顯示，工業革命以來，海水表層pH值從1960年的8.15下降到8.05，這表示，海水中氫離子濃度增加了30%。

    不僅如此，海洋酸化的速度也越來越快。最近一項研究表明，海表吸收二氧化碳的速率及其所導致的海洋酸化速率比兩萬年前的末次冰期快了近100倍，而末次冰期被認為是最近一次的二氧化碳急劇上升期。根據政府間氣候變化專門委員會（IPCC）的預測，如按照目前二氧化碳排放量的水平進行，本世紀末，海水pH值將下降至7.8左右。

    盡管我們對海洋酸化的機制知之甚少，但“海洋越來越酸”已成事實。

    難以預測的后果

    據唐啟升介紹，由于海洋酸化會降低海水中碳酸鈣的飽和度，因此首當其沖受到影響的將是海洋中的鈣化生物，以及大多數的軟體動物、棘皮動物、珊瑚、鈣化藻類等。

    研究表明，在二氧化碳濃度加倍以后，大多數鈣化生物的鈣化速率均大幅下降。鈣化速率的下降，不僅影響到了浮游性鈣化生物，如顆石藻等向底層海洋的碳輸送，還會影響到鈣化動物的生長和發育。同時，珊瑚藻以及造礁珊瑚種類在加倍的二氧化碳條件下，其鈣化速率平均下降30%，并顯著影響到許多生物的生理過程。已經有研究表明，海洋酸化是一種生理脅迫，會使得藤壺的成活率顯著下降，二氧化碳濃度升高同樣會導致海膽的尺寸和重量均明顯變小。

    “長久以來，人們都認為大氣中二氧化碳濃度升高，將會促進初級生產力，然而浮游植物在自然界中本身就會遭受到各種環境因子的影響，在多重環境壓力下，海洋酸化有可能與這些因素發生耦合作用。因此，海洋酸化不僅會直接影響到浮游植物，還會間接對海洋生態系統產生影響，并最終影響人類賴以生存的海洋生態系統的服務功能。”對此，唐啟升憂心忡忡。

    多項研究表明，海洋酸化還可能通過食物鏈，造成原本不同種間的配子受精成功并形成雜交種，造成種質混亂，影響物種間的相互作用及生態系統的穩定性。例如，某些浮游動物在喂食酸化海水中生長的浮游植物后，繁殖率顯著下降。

    與會專家認為，由于人類從未經歷過這種變化，并且不同種類的海洋生物對酸化引起的海水化學變化敏感性不同，以至于無法確定海洋酸化的生物學效應，也就無法預測未來可能發生的變化。

    適應抑或滅亡

    4月初，新一期英國《自然—地球科學》雜志刊登報告說，德國亥姆霍茲海洋研究中心的研究人員利用一種名為海洋球石藻的微小浮游生物進行了實驗，發現一些浮游生物可以通過進化逐漸適應酸化環境。

    海洋球石藻的表面有一層由鈣元素形成的外殼，鈣殼容易受酸化環境影響，研究人員在約一年的時間里逐漸增加海洋球石藻所生活環境的酸度，它們在這段時間里可以繁衍500代。最后，研究人員將這種經歷了進化過程的海洋球石藻放入較嚴重的海洋酸化環境中，結果顯示，它們雖然也會受影響，但與未經進化的同類相比，適應酸化環境的能力要強得多，維持鈣質外殼的能力要高出50%。該研究說明，海洋生態系統有一定的適應酸化能力。

    但研究人員同時也指出，海洋球石藻是一種基數很大、代際繁衍很快的生物，這兩點有利于增強其進化的力量，而其他海洋生物可能沒有這么強的適應能力。

    有研究者在模擬實驗中發現，嚴重酸化的海水中，小丑魚幼魚將失去聽力、視力、嗅覺，無法發現敵害，也喪失了響應的逃逸和生存能力。對甲殼類、貝類、魚類及棘皮動物等海水養殖生物的研究表明，海洋酸化會顯著地影響到幼體發育，降低成體的鈣化率和呼吸活動，改變機體能量代謝方式，干擾感知和運動行為，抑制免疫防御系統的活性，引起生物體代謝異常、生長緩慢甚至死亡。

    從最近的一系列研究成果可以看出，海洋酸化對絕大多數的海洋生物都會產生直接的影響。之前的研究都側重于單種生物響應機制的研究，然而人們往往更關注海洋酸化的整體效應，與會專家認為，目前亟須的是從生態系統水平上研究海洋酸化的生物地球化學過程，了解海洋酸化在近海洋生態系統的表現形式及其資源環境效應，并探討適應性的管理與發展對策，以便更好地認識和應對海洋酸化在多重壓力下的海洋生態系統中所扮演的角色和產生的后果。