海洋酸化，人類何去何從

2013年12月18日 10:48

　　來源：《自然與科技》雜誌

　　

　　唯一能夠有效阻止海洋酸化的辦法，就是減少甚至停止向大氣中排放二氧化碳。

　　海洋的快速酸化引起了全世界的密切關注，人們擔憂這種變化在未來幾十年內將對海洋食物鏈、生物多樣性和漁業產生嚴重影響。暖水域的珊瑚礁自然前景堪憂，然而二氧化碳更容易溶解於冷水，因此酸化最嚴重的海域是接近兩極的海洋。現已發現，南北兩極海域中的翼足類動物已經遭受酸化海水的侵蝕，以翼足類為食物的魚類、鯨類也將受到影響。

　　科學界不久前才意識到海洋酸化對生態系統的巨大影響，相關的研究也才開始不久。然而正如科學界所認識的那樣：「海洋酸化因人類活動導致，反過來對人類社會產生影響」。

　　無法繼續從海洋獲取蛋白質

　　海洋酸化對經濟的影響很難準確估計，但可以肯定的是，影響將會非常巨大。海水pH值下降將直接影響到人類社會的食物供給、經濟利益和生活方式。

　　據估計，珊瑚礁對於全球海岸線的保護價值如果用金錢來衡量的話，每年高達90億美元；海岸線保護價值再加上珊瑚礁支持的漁業生產價值，每年達300億美元。海洋酸化對保護海岸線的珊瑚礁造成了很大的危害，並開始影響到商業、休閑漁業、旅遊業。隨著海洋生態系統的變化，人類文化和生活方式也將隨之產生變化。所以，海洋酸化不僅僅是珊瑚和其他海洋生物要面對的問題，更是人類要面對的嚴峻問題。

　　全世界有十多億人將海洋食品作為主要的蛋白質來源，世界許多國家的經濟和就業都依賴于海洋中的魚類和貝類。一些島嶼國家的經濟在很大程度上都依賴於珊瑚礁。例如，加勒比海島國多巴哥在2006年珊瑚礁旅遊的直接收入，就佔了國內生產總值（GDP）的15%，增加的間接收入總額達GDP的30%。如果失去珊瑚礁旅遊，多巴哥的經濟將縮水三分之一，許多人將會失去工作。

　　雖然海洋是全球性的，但海洋酸化對地區和物種的影響並不一樣。仰賴於軟體動物（貝類、魷魚等）的漁業，如新英格蘭漁業，可能遭受更大的衝擊。海洋酸化對夏威夷和阿拉斯加的漁業影響可能不大，因為軟體動物只構成那裡漁業生產的一小部分。

　　海洋酸化對一些以海鮮為主要蛋白質來源的島嶼國家和部分發展中國家可能會造成特別大的影響。一些預測模型表明，海洋在未來90年裡，碳酸鹽將越來越少，大多數鈣化生物的生存空間將被壓縮到碳酸鹽含量較高的熱帶水域中。但即使熱帶水域的碳酸鹽含量，今後也將遠低於現在的水平。隨著人口的增長，熱帶地區將同時面臨海洋酸化和飲食蛋白質需求的壓力。這些壓力同時伴隨其他環境壓力，如氣溫上升和環境污染等，人類社會將不堪重負。

　　海洋酸化不會導致海洋生物完全滅絕，一些能夠承受高酸度環境的海洋生物甚至可能更加繁榮，但物種數量會減少，某些特定區域的物種構成也會發生變化。例如，在美國華盛頓州海岸附近，海上涌洋流給近海地區帶來更多的酸性海水，導致貝類產量急劇下降。同時，伴隨著附近海岸地區pH值的下降，原先以貽貝和鈣化藻為主的海洋生物群，已被當地人並不喜歡食用的非鈣化藻和不需要構建外殼的無脊椎動物所取代。其他一些地方也有類似的變化。

　　海洋酸化還可能危及「生態系統服務」，因為健康的生態系統才能給人類社會提供種種福利。例如，健康的珊瑚礁可保護海岸線免受侵蝕，為許多海洋物種提供棲息地，為當地人們提供足夠的蛋白質來源，同時帶來大量的旅遊收入。

　　健康的珊瑚礁和軟體動物數量也是許多島嶼國家和地區海洋文化的一個關鍵元素。美國伍茲霍爾海洋研究所（WHOI）的博士后研究員莎拉·庫利說：「生活質量不僅僅以美元來衡量，還包括需要保護的內在文化價值。在科德角（編者註：美國馬薩諸塞州南部的一個鉤狀半島）隨便走進一家禮品店，你都會發現許多與貝殼有關的小玩意兒，如果海洋酸化使扇貝消失，我們就會失去這種獨特的文化。」

　　人類將如何應對

　　過去250年裡，海洋已吸收了5300億噸二氧化碳，海洋酸性增加了30%。如今海洋繼續在變酸，人類該何去何從？我們該如何採取快速行動來減緩或阻止海洋酸化呢？

　　海洋生物圈遭到破壞，很大程度上是因為高酸度的海水溶解了生物體的碳酸鈣。許多海洋浮游生物、海膽、貝類、珊瑚都需要利用碳酸鈣來構建它們的外殼和骨骼。在北極地區所做的研究顯示，海冰融化、大氣二氧化碳濃度升高、表層海水升溫，導致一些海洋水域碳酸鈣欠飽和。海洋中碳酸鈣濃度降低，對於依賴碳酸鈣構建外殼和身體結構的海洋生物來說，無異於一場大災難。

　　海洋酸化是二氧化碳排放增加造成的另一個問題，很可能比全球變暖更難應對。海洋對氣候變化的反應比大氣層更慢，在未來的日子裡，不管我們喜歡不喜歡，大海還將繼續吸收大量二氧化碳，這意味著，即使我們從現在開始停止二氧化碳排放，海洋還將繼續快速酸化。

　　科學家可以利用海洋的碳酸鈣飽和度來測量海水究竟有多酸。根據夏威夷大學馬諾阿分校研究人員的一項研究計算，在過去2萬多年中，近200年是世界海洋pH值下降最快的，說明如今海洋酸度非正常上升的速度遠高於自然上升速度。目前世界上只有50%的海水裡有足夠的碳酸鈣來支持珊瑚礁的生長和維護，預計到2100年，這一比例將降至5%左右，世界上大多數美麗而多彩的珊瑚都將處於瀕危之中。

　　海洋酸化是不可逆轉的。雖然從理論上來說，可以在海水中添加化學物質來抵消增多的二氧化碳，但至少需要兩噸石灰才能抵消一噸二氧化碳，所需數量驚人，根本無法做到。自然過程可以中和海水酸度，但需要很長時間，即使從現在開始停止二氧化碳排放，也需要數萬年時間，海洋水化學才能夠恢復到工業化前的水平。

　　回顧地球歷史，大約2.5億年前，激烈的火山活動殺死了95%以上的海洋生物；5000萬年後，另一波頻繁發生的火山活動令大氣中二氧化碳增加1倍，導致大部分珊瑚和其他海洋生物消失。然而今天，地球環境的惡化速度甚至超過了過去3億年的多次大滅絕事件，我們正處於第六次生物大滅絕中。地球海洋系統從人為干擾中恢復過來，需要數千年時間，以往的歷史記錄表明，生物滅絕事件之後，珊瑚礁的恢復經歷了幾十萬年乃至幾百萬年的時間。

　　許多令人沮喪的證據表明，海洋正在向著對海洋生命造成不可挽回危害的軌跡發展。但一項研究提供了一些新的希望，某些物種有可能快速適應海洋變化而生存下來。

　　2012年發表在《自然氣候變化》雜誌中的文章稱，珊瑚礁研究人員發現，一種小丑魚的幼魚能夠適應日益增加的海水酸性——如果它們的父母也生活在高酸性水域中的話。之前的一項研究發現，另一個種類的小丑魚在酸性水域中嗅覺會降低，使其難以發現和躲避捕食動物而「自投羅網」。

　　小丑魚的幼魚可以適應新的變化，給海洋的未來帶來了新的希望。更多對環境敏感的海洋物種是否也擁有小丑魚的這種適應能力，還需要進一步研究。從進化的角度來看，目前尚不清楚小丑魚是通過什麼樣的機制將適應的性狀如此迅速地傳遞給後代的，但它表明生物兩代之間的適應性在未來幾十年裡可能佔優勢。

　　當前海洋酸度增加的速度比過去數百萬年中的自然變化快100倍。到本世紀末，如果大氣中的二氧化碳水平不能穩定下來，海洋酸度將增加至工業化前水平的3倍。即使我們明天就停止二氧化碳排放，海洋還將繼續吸收大氣中富餘的二氧化碳，海洋酸化趨勢在未來幾個世紀里還將持續下去。

　　我們別無選擇，只能積極應對，採取一些與應對氣候變化類似的措施。例如，節約能源，使用可再生能源；建立和維護海洋保護區，為瀕危海洋物種提供避難所；停止破壞性的捕魚行為，提高海洋生態系統恢復能力，幫助抵禦海洋酸化，維護海洋生態健康。有證據表明，海洋保護區的珊瑚礁較少受到全球變暖和海洋酸化的威脅。

　　唯一能夠有效阻止海洋酸化的辦法，就是減少甚至停止向大氣中排放二氧化碳。

　　如今受海洋酸化影響最大的是哪些地方？

　　受海洋酸化影響最大的是水化學迅速改變，環境敏感生物最為豐富的海洋區域，以及具有生態和經濟重要性的地區。科學家最關注水化學發生變化和深層海水上涌的地方，如美國西海岸和兩極寒冷地區。預測北極在未來10年至30年裡，某些種類的有殼生物將大量減少。由於熱帶珊瑚對環境極度敏感，在不久的將來，海洋酸化將給一些國家和地區的生態和社會經濟帶來巨大的不利影響。

　　西北太平洋牡蠣產業的困境會向其他地方蔓延嗎？

　　每小時大約有100萬噸二氧化碳被海洋吸收，而作為污染源的全球溫室氣體排放預計還將繼續攀升。到本世紀中葉，大氣中CO2濃度將達到工業化前的2倍，海洋pH值也將繼續下降。這意味著像西北太平洋牡蠣產業面臨的困境將更加嚴峻，並向其他地方蔓延。

　　面對海洋全面酸化，有什麼方法可讓海洋水化學回歸平衡？

　　人力無法讓世界海洋水化學回歸到工業化前的水平。大自然會通過海水與深海沉積物的作用，讓增加的海水酸性得到中和，但這需要數千年時間。解決海洋酸化問題的根本途徑是大幅度減少二氧化碳排放，避免海洋酸化問題惡化到不可救藥的地步。