探究解决海洋酸化途径

来源:维普资讯   发布时间:2015-05-20 22:38:59 
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2009年8月中旬,世界各国科研人员聚会,拟议出一个被严重忽视的环境问题研究计划——海洋逐渐酸化的解决途径。工业革命以来,由于海洋吸收大气中二氧化碳的缘故,导致海面酸碱值下降了约0.1个单位。这种现象足以构成对海洋生物的危害。研究人员告诫,海面酸碱值很可能到2100年再下降0.5个单位。如果现在不采取措施削减二氧化碳排放量,海洋酸碱值还会逐步下降,有可能会达到科学界公认的,引发地球史上灾难性生物灭绝的程度。
德国生物学家乌尔夫·里布泽尔指出:“我们正承载着极大风险,从过去100年地质学看,海洋化学成份将会发生根本变化,而且至关重要的是生物体可能无法适应这种变化。”
海洋科学家聚首英国普利茅斯海洋实验室,在对诸多危害深入研究后,开始着手拟定一个涉及广泛领域的研究计划。该计划估计今年晚期定案,将囊括多项关键科学课题,并且为资助相关机构和研究人员作出蓝图。
酸化对海洋生物体影响的研究始终占有一席之地。研究人员在7月公布的研究结果显示,浮游生物的外壳和珊瑚的坚硬骨架将随着海洋酸性加剧开始溶解。丧失这些海洋生物,会对整个海洋食物链带来无法估量的后果。
普利茅斯海洋实验室资深科学家卡罗尔·特利宣布,研究人员将调查从细菌到脊椎动物等多种海洋生物的生长、生殖和适应酸化海洋的能力。上述实验结果将有助于形成公海多项研究的议定书。借助附着海洋浮标上酸碱值传感器之类测量工具,研究人员将致力于追踪海面和海底之间以及沿海和公海地区之间敏感生态系统各种相互作用。
特利还指出,利用计算机模拟海洋化学成份可能发生的变化并且确定它们会如何影响气温、含盐量以及可获取的营养成份是另一大优先科研项目。研究人员还计划向海中释放二氧化碳,旨在模拟长期变化效应。综合这些研究成果,将揭示生物地球化学、物种多样性和进化在一个酸化海洋中会发生的变化。
生物学家里布泽尔希望这些始创计划将对资助相关研究机构有所影响,这些倡议规划将受一体化海洋生物地球化学和生态系统研究工程的监督。他直言不讳地说:“我们对海洋的过去十分了解,但是我们要依靠研究人员告知我们更多有关海洋未来的信息。”
监测海洋生态系统
监测海洋生态系统变化尽管目前海水中的碳只有很少一点以溶解二氧化碳的形式存在,这种稀有性限制了某些类型的浮游植物生长,其中许多种植物将宝贵的能源用于把二氧化碳集中到它们的细胞内部。这样,人们就可以推测溶解二氧化碳的增加对它们是否有利。然而,对于这种“施肥”效应的认识还不足以肯定对浮游植物未来的预测,或者说还不足以预测二氧化碳浓度升高,是否有利于生活在珊瑚内部进行光合作用的藻类。许多海洋浮游植物使用H二氧化碳3—1来进行光合作用。此外,因为H二氧化碳3—1的浓度基本保持不变,生物学家预测这些生物不会大量增加。某些高等植物例如海草,直接利用溶解二氧化碳,可能得益于二氧化碳水平提高,正如陆地植物有望得益于大气二氧化碳气体浓度升高。
科学家如何更好地监测海洋生态系统对酸化的反应呢?目前,该领域最新工作大多数只涉及单一物种的短期实验室研究。此外,科学家们还开展了一些小规模实地研究,以考察在深海谨慎处置大气二氧化碳可能伴随的急性效应。例如正在考虑的一种策略是捕获二氧化碳,并将它们与大气隔离。虽然这项工作提供了有益的信息,但是其结果不能轻易地用来理解长期暴嚣在适度低pH值条件下的后果,也不能直接从实验室研究外推到整个生态系统,而整个生态系统中,许多生物都发生相互作用。
要更现实地评价这个问题,一种可能的方法就是人为提高一片海域中或一片珊瑚礁上的二氧化碳水平,时间持续数月到数年。在陆地上,这样的实验已经普遍进行,这些实验涉及大规模调控二氧化碳水平,而目前,海洋科学家和工程师才刚刚开始探索将这种方法扩展到海洋的合理性。另一种策略是研究海洋生物如何在pH值长期低下的区域里生活,例如太平洋上的加拉帕戈斯群岛,那些岛屿就浸泡在天然含有丰富的二氧化碳的海水里。第三个策略可能是考察各时代的地质记录,那些时代的二氧化碳浓度要比现在要高得多,而推测起来,那时的海洋pH值也比现在要低得多,例如,发生在大约5500万年(古新纪一始新世极热时期)前的气候异常温暖间期,当时很多海洋生物都灭绝了。今天许多科学家关注的问题是,现在的酸化过程比过去发生的任何事情都要快,因此海洋生物没有时间去适应。虽然人们可能看不到海洋酸化的影响,但是海洋环境的巨大变化似乎不可避免。
未来研究需求和研究向政策的转化
越来越多的证据表明.海洋环境及生态遭受严重破坏的原因或许是因为人类活动释放的过量二氧化碳,所引起海洋酸化所引起。但相关的研究工作还极其不够,这主要表现在缺乏提供长期试验的资金、缺乏为相关试验框架进行监测及现场模拟的资金。正如Kurihara等所言:“海洋酸化对生物和生态系统影响的研究仍处于起步阶段”。研究海洋酸化对生态系统的影响,关键的一点是扩大评估物种的范围。例如,尽管石灰化型浮游生物物种是海洋生态系统的基本组成部分,但迄今为止只有不到2%的物种被评估。现在需要优先考虑的是有壳翼足目生物和深海石珊瑚两类分泌文石的生物,进行相关试验评价海水在现有吸收二氧化碳 速率条件下对过饱和碳酸钙的消溶影响。更宽的评价将有助于促进适时预防措施和潜在应对方法的开发和应用。
现阶段有关酸化研究中一个很大的限制条件是所有试验都是在实验室中进行的,这就涉及几个问题:第一,试验不能持续足够长时间评估物种遭受酸化条件威胁时是否能适应这种酸化环境,它们也不能采取物理调节或迁移等措施:第二,实验室的研究通常都只是集中于某个物种而非一个生物群落,所得结果不能用来评估酸敏感物种被更耐酸或对酸更迟钝的物种替代的可能性.而这种替代能够维持生态系统的完整性:第二三,生态系统的缺失使评价酸化对营养的影响成为不可能,而营养功能是海洋生态系统中许多石灰化生物作为关键角色的构成条件。相关试验必须评估气候变化导致的开放性水体温度升高与二氧化碳:浓度升高之间对海洋生物的协同影响,其他潜在的协同因子(污染和捕捞等)也必须在研究中加以考虑。最后.酸化试验必须包括酸化对海洋石灰化型生物早期发育的潜在影响评估,这是因为,第一,生命的早期阶段通常对环境变化非常敏感:第二,大多数深海生物都有浮游的幼体阶段及此阶段的波动变化,以致对群落大小产生复杂影响。例如。桡足类动物的繁殖速率和幼体发育都对海水中二氧化碳浓度的增加非常敏感,而成体雌性个体在相应浓度条件下却不受影响。
证明海洋酸化对海洋生态系统其他方面造成的危害也有必要进行相关研究,这能为政策制定提供更详细且科学的资料。国际上已经有两个控制二氧化碳 排放的基本框架:《联合国气候变化框架公约》和在其基础上签署的《京都议定书》。协议各方应为减排一揽子温室气体而承担相应义务 。如果二氧化碳,引起的海洋酸化还会导致海洋生态系统产生额外更大风险的话,《联合国气候变化框架公约》和《京都议定书》的各协约方可以修正他们的目标,以集中精力减排二氧化碳, 另一方面.各协约方应该制定自己的目标,也就是必须与气候变化做斗争,其他国际问的论坛或对话才会对此问题有更高的关注度。例如,联合国海洋公约法要求缔约国“阻止、降低并控制任何来源的海洋环境污染”,包括“通过陆地和/或空气排放有毒、有害物质尤其是持久性有毒有害物质”咖。很明显,人类活动释放的巨量二氧化碳 进入海洋环境时已经成为了典型的有害物质。

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