新研究：海洋酸化正在蔓延至更深的水域

海洋作為地球上最大的天然二氧化碳匯，每年吸收了人類排放的二氧化碳量的約四分之一。隨著全球大氣中二氧化碳含量的不斷上升，海洋吸收的二氧化碳也隨之增加，導(dǎo)致海洋表面水體的pH值下降，即海洋酸化現(xiàn)象。這種酸化不僅影響了海洋表層，而且隨著時間的推移，影響也在逐漸向深層水域滲透。

海洋酸化對海洋生物構(gòu)成了嚴(yán)重的環(huán)境威脅，尤其是對珊瑚礁等敏感的生態(tài)系統(tǒng)。珊瑚礁作為海洋生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，不僅具有巨大的生態(tài)和經(jīng)濟價值，也是最脆弱的一環(huán)，不可避免地遭受到全球變暖和海洋酸化的全面影響。研究表明，受全球變暖和海洋酸化的嚴(yán)重干擾，預(yù)計21世紀(jì)生物礁生態(tài)系統(tǒng)中的珊瑚含量將大幅下降。海洋酸化對海洋生態(tài)系統(tǒng)造成了多米諾骨牌效應(yīng)，影響了無數(shù)海洋物種。

海洋酸化的影響是多方面的，它改變了海水的化學(xué)特性，影響到海洋生物的生理、生長、繁殖和代謝過程，破壞海洋生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)平衡。例如，海洋酸化可以顯著降低珊瑚鈣化率、抑制珊瑚幼蟲發(fā)育、引發(fā)珊瑚礁的溶解，也可改變珊瑚礁的群落結(jié)構(gòu)。珊瑚對酸化的響應(yīng)具有顯著的物種特異性，在海洋酸化的背景下，珊瑚礁中對酸化敏感的物種會相對減少，抗酸性強的物種則會相對增多，生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的多樣性隨之降低。

此外，海洋酸化還對魚類行為產(chǎn)生影響，包括干擾魚類的感官功能，如嗅覺、聽覺、視覺，并對神經(jīng)生理功能和細(xì)胞信號傳導(dǎo)等過程產(chǎn)生不利影響，繼而改變海洋魚類的捕食、逃避捕食、行為側(cè)向化、棲息地識別與選擇等行為。這些行為的改變不僅影響海洋魚類種群本身的生存與繁衍，還將進一步威脅海洋生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定與功能。但直到現(xiàn)在，研究人員還不知道酸化在多大程度上影響了更深的水域。

近日有研究表明，海洋酸化正在下沉至1500米深的海洋區(qū)域，對海洋生物構(gòu)成了新的威脅。該研究由瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院生物地球化學(xué)和污染物動力學(xué)研究所的環(huán)境物理學(xué)家Jens Daniel Müller領(lǐng)導(dǎo)，研究團隊基于全球洋流和其他環(huán)流模式的測量，開發(fā)了二氧化碳在海洋中移動的三維模型重建，他們使用這個模型來估測自1800年工業(yè)革命開始以來海洋酸化是如何加劇的。該研究發(fā)表于《科學(xué)進展》(ScienceAdvance)。

該項研究的重點是：隨著時間的推移，酸化對海洋的滲透有多深？為了回答這個問題，研究人員開發(fā)了一個海洋模型，模擬大氣中二氧化碳水平上升的影響。該模型基于跨越兩個世紀(jì)的歷史數(shù)據(jù)，包括1800年、1994年、2004年和2014年的二氧化碳估算值。這為研究人員提供了一個時間表來監(jiān)測酸化如何在海洋各層蔓延。從模擬水運動和化學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)海洋模型開始，研究人員添加了二氧化碳水平和酸化指標(biāo)如質(zhì)子濃度、pH值和文石飽和狀態(tài)的數(shù)據(jù)點。這種綜合方法使研究人員能夠準(zhǔn)確地繪制酸化趨勢圖。

酸化達(dá)到新的海洋深度研究表明，海洋酸化正在向海洋深處移動。到2014年，受酸化影響的平均深度約為1000米。一些地區(qū)，比如北大西洋，強大的大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)洋流（AMOC）將碳從表層帶到更深的水域，所以在受大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)洋流影響的地區(qū)，酸化深度可達(dá)1500米。一些天然酸性更強的深水區(qū)酸化程度甚至超過了地表。它們較高的原始酸度降低了它們吸收任何增加的二氧化碳的能力，研究人員說。

但這種擴散并不均勻；由于水循環(huán)模式和溫度等因素，不同的海洋區(qū)域面臨著不同程度的變化。

海洋生物面臨危險更深層次的酸化將危害更多的海洋生物。被稱為“海蝴蝶”的翼足類動物等微小生物最為脆弱。它們的鈣基外殼對酸性環(huán)境非常敏感，海洋酸化導(dǎo)致它們的外殼形成和維持變得更加困難。由于海蝴蝶是海洋食物鏈中的重要組成部分，它們數(shù)量的減少可能會破壞海洋生態(tài)系統(tǒng)的平衡。其他物種，包括珊瑚和某些種類的浮游生物，也面臨著類似的風(fēng)險。

研究結(jié)果強調(diào)了解決碳排放問題的迫切需要。隨著二氧化碳濃度的上升，海洋酸化只會變得更糟。它到達(dá)的深度越深，就越難扭轉(zhuǎn)影響。海洋表層海水的酸化和暖化、海平面上升、海流變化等一系列環(huán)境的改變，直接或間接地影響海洋生物多樣性，導(dǎo)致全球海洋物種的分布發(fā)生改變，不同生態(tài)系統(tǒng)中的物種組成、群落結(jié)構(gòu)、生命過程發(fā)生明顯變化。

總結(jié)與展望研究指出，與表層海洋酸化不同，海洋內(nèi)部酸化有一個長期過程，即在排放達(dá)到峰值后，由于海洋內(nèi)部已積累的二氧化碳的重新分配，海洋內(nèi)部酸化將在未來數(shù)百年內(nèi)繼續(xù)發(fā)展。因此，研究結(jié)果表明，二氧化碳排放已經(jīng)使那些生活在海洋表面下數(shù)百或數(shù)千米的生態(tài)系統(tǒng)處于危險之中。

與此同時，研究指出，該重建沒有解決由自然碳循環(huán)或其他環(huán)境驅(qū)動因素如溫度等引起的酸化。通過與以前的直接基于觀測的研究進行比較，該研究強調(diào)在地方到區(qū)域以及年際到年代際時間尺度上忽視這些變化是至關(guān)重要的。因此，沒有詳細(xì)評估海洋內(nèi)部酸化的年代際變化。研究人員認(rèn)為下一個重要的步驟是更嚴(yán)格地區(qū)分海洋內(nèi)部酸化的驅(qū)動因素，通過在全球尺度上解決由二氧化碳和自然碳循環(huán)驅(qū)動的變化。

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編譯 | Sara
審核 | Daisy
排版 | 綠葉

參考資料略