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空气中二氧化碳含量过多 海洋正在加速“变酸”

2011/7/8

空气中二氧化碳含量过多 海洋正在加速“变酸”

来源: 科技日报 作者:姜晨怡 2011年07月08日

 

联合国教科文组织最近发表公报说,该组织下属政府间海洋学委员会日前与国际原子能机构等在摩纳哥举办海洋酸化研讨会。与会专家认为,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。近20%的珊瑚礁几近死亡,太平洋中的牡蛎减产,精灵剔透的小丑鱼“失聪”……这些惨剧都与海洋酸化有关,此外,海洋酸化已经威胁到了海洋生态系统和几千万人的生计。

  什么是海洋酸化?海洋是怎样吸收二氧化碳的?这种能力的下降会带来怎样的影响?我们还能做哪些努力?我国在控制海洋酸化方面进展如何?

  原理:吸收二氧化碳,海洋好像一块巨大的海绵

  人们通常都将海洋比作一块巨大的海绵,因为它会吸收大气中的大量二氧化碳,吸收量可达全球人体二氧化碳总排放量的1/4。但一旦“海绵”吸收饱和时,它就会对海洋生物的平衡系统造成轻微的破坏。如果放任局势这样发展下去,地球上所有生命的未来最终都将会面临着巨大的威胁。

  海洋吸收二氧化碳的过程其实并不神秘:海水本为微碱性,但如今每年人类排放数十亿吨二氧化碳,其中1/3或1/4会被海洋吸收,持续吸收的二氧化碳会使代表海水中酸性强度的指标氢离子增加,随着氢离子增多,海水的微碱性状态减弱,酸度增加,海水中碳酸盐离子浓度随之降低,这导致碳酸钙钙化速率降低。

  酸碱度一般用pH值0—14来表示,pH0代表酸性最强,pH14代表碱性最强。蒸馏水的pH值为7,代表中性。海水应为弱碱性,海洋表层水的pH值约为8.2。目前,过多地排放已将海水表层pH值降低了0.1。如同里氏震级一样,pH值也是对数增长,所以数字上很小的变化就会表现出很大的影响。pH值下降0.1表示海水的酸度已经提高了30%。如果持续下去,到2100年海水表层酸度将下降到7.8,到那时海水酸度将比1800年高150%。

  现状:海洋正以不可想象的速度变酸

  联合国教科文组织16日发表公报说,该组织下属政府间海洋学委员会日前与国际原子能机构等在摩纳哥举办海洋酸化研讨会,与会专家认为,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,这一现象已经威胁到了海洋生态系统和几千万人的生计。研讨会主席、国际原子能机构专家詹姆斯·奥尔说,海洋已经“生病了”,虽然人们还不知道病情严重到了什么程度,但已经有越来越多的证据表明,海洋的化学成分正在改变,这种趋势将影响到海洋中的生物。

  中科院南海海洋研究所海洋地质专家张乔民在接受媒体采访时表示,工业时代以来,燃烧煤等原料产生了大量二氧化碳,海水正在以不可想象的速度变酸。张教授介绍,相比起工业革命前,如今,表层海水全球平均酸碱度(pH值)已经降低了0.1个单位。虽然只是0.1,对海洋生物带来的影响却是很大的。变酸的海水会侵蚀珊瑚礁,导致一些鱼类无家可归。

  据美国《国家地理》杂志报道,到目前为止产生的海水酸化基本是不可逆的。虽然理论上说可以向海洋中添加化学制剂以中和多余的CO2的影响,但从实际操作层面上说需要的剂量多到让人乍舌。举例来说,要中和一吨CO2,需要用两吨石灰,目前世界每年排放的CO2超过300亿吨。同时,像岩石风化这样的自然中和作用在人类文明史中产生的作用基本看不到。即使从现在开始完全停止CO2的排放,要想通过海洋的化学反应恢复到工业革命之前的酸度也需要几万年。

  这个变化源于人类大量排放二氧化碳等温室气体,而二氧化碳溶于海水就会使海水酸化。联合国政府间气候变化专门委员会曾估计,到本世纪末海水的pH值可能会下降到7.8,还有一些专家认为情况可能更加严重。

  恶果:珊瑚礁消失,海洋生态系统受重创

  海洋酸化已经是不可逆转的实施,而这究竟会造成怎样的影响也是人们最关心的。

  根据欧洲海洋酸化项目科学家们的估计,过量的二氧化碳对逐渐影响海洋生态系统的结构和作用,最初会影响食物链,从食物链的最底层开始,影响幼鱼和甲壳类生物。据该项目中的科学家介绍,从化学层面上看,海洋酸化具有更深的意义:氢离子越多,意味着碳酸根离子越少,而碳酸盐是珊瑚、贝类和许多微生物外壳的重要组成部分。一旦碳酸根离子水平过低,这些海洋生物的外壳就会发生溶解,甚至根本无法形成外壳。有证据表明,对海洋生态极为重要的孔虫类浮游微生物外壳的碳酸盐含量,最近已下降了1/3。

  对海洋酸化反应最迅速的恐怕是处于海洋生物链底层的海洋“初级生产者”——某些进行光合作用的单细胞生物。对它们而言,命运就可能是灭绝。各类生物之间的比例构成很重要,靠近食物链底层的某些生物数量发生细微变化,就可能对以其为食的上层生物造成较大影响。

  我们所熟悉的珊瑚礁系统就是“最惹人怜爱”的受害者。根据澳大利亚昆士兰大学研究小组日前公布的最新研究结果,如果继续保持目前的二氧化碳排放增长率,最多10年,世界上最大的堡礁型珊瑚礁岛礁群大堡礁便会死去。研究者计算出,在目前的海水变暖速度下,大堡礁珊瑚虫每年必须向南移动15公里才能保持良好生存状况,但整个珊瑚礁系统却不具备此种能力。

  德国基尔(Kiel)大学海洋科学实验室的海洋生态学家伍夫表示,如果二氧化碳依然以目前的速度排放下去,那么40年后,生活在温暖水域的珊瑚礁将会因为海洋酸化大批消失,90年后,70%的冷水珊瑚礁将会完全暴露在充满腐蚀性的海水中。这种变化带来的影响是灾难性的,也早有迹象。2005年起,美国环太平洋西北地区的牡蛎因为海洋酸化,存活率下降,产量受到影响,每年牡蛎养殖业要损失1.11亿美元。

  应 对:除了减排,我们还能做什么?

  “减少二氧化碳的排放量是唯一解决这个问题的有效方法”。研究海洋酸化问题的专家都发表过这样的言论。然而,这并不是那么容易完成的,于是,有些科学家开始了相关实验,力图让海洋发电站“困住”二氧化碳。

  在美国,有部分发电厂在生产能源过程中捕捉二氧化碳,通过高压将其液化,再用管道输送到几里外的地质储存点。可是,许多地区都不适合将二氧化碳埋入地下,人们担心储藏的二氧化碳会泄漏。其实,无论在陆地还是在海上,往沙岩中泵入二氧化碳一般都要移除海水,因而导致压力的产生。要想注入大量的二氧化碳,就不得不留出空间,注入二氧化碳过快,或注入了岩石难以承受的数量,都要冒压裂沙岩的风险,使二氧化碳随着时间的推移慢慢地被挤出来。虽然有了点滴的实验,但海洋固碳是否可行仍然是科学家们争议的话题,因为他们更担心这会对海洋生物产生更大的影响。

  据介绍,目前欧美等国正开始研究遏制海洋酸化的对策,我国也已将海洋酸化列入重点支持方向。

  据国家海洋局消息,为探究我国近海对大气二氧化碳的吸收能力,进而为应对环境外交谈判提供基础数据和科学依据,国家海洋局于2008年启动了管辖海域海—气二氧化碳交换通量监测工作,以满足海洋领域应对全球气候变化的工作需求。

  目前,国家海洋局海—气二氧化碳交换通量监测体系已布设20余条船基走航监测断面,正在建设5个岸/岛基站和5个专用浮标站,初步构成了点、线、面结合,走航监测与长时间序列定点监测相结合的立体化监测体系。