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南北极海域正快速变酸 我国近海状况不容乐观
2018-12-04 15:33:25  来源:中国海洋报

全球海洋酸化正以前所未有的速度快速发展。据英国卡迪夫大学近日发布的研究结果,目前海洋酸化达到1400万年来未见的水平。


作为地球两端重要的海域——北冰洋和南大洋,海洋酸化正在深刻地影响着这里脆弱的生态系统。自然资源部第三海洋研究所研究员陈立奇团队通过历次中国南北极考察航次的观测分析,发现南北极海域酸化水体正呈现快速扩张趋势,这无疑将对全球海洋产生重大而深远的影响。


北冰洋成“重灾区”


与全球变暖“祸出同因”,海洋酸化同样源于人类过度排放的二氧化碳。二氧化碳溶于海水后形成碳酸,引发海水pH值和碳酸钙饱和度持续下降,这一过程即为海洋酸化。


早在1999年,我国首次北极科学考察便将海洋酸化研究列入其中,时任领队兼首席科学家的正是陈立奇。


“随着人类活动的加剧和工业化进程的加快,作为生态系统相对脆弱、对气候和环境变化最为敏感的海域,位于地球北端的北冰洋首先感应全球变化的影响并放大这种影响。”陈立奇说。


研究显示,过去20年北极地区升温幅度是全球平均的2倍~4倍,致使北冰洋海冰大量融化,每年夏季开阔水域达1000多万平方千米,高浓度的二氧化碳通过大气侵入北冰洋,最终的结果是其上层水体的酸度明显地升高。


“与此同时,全球气候变化和北极变暖引发北冰洋海洋环流和大气模态异常,更加重了北冰洋水体酸化。”海洋三所助理研究员祁第认为,北冰洋海冰面积快速后退,诱发携带“腐蚀性”酸化的太平洋海水大范围入侵,是北冰洋酸化海水快速扩张的根本原因。


多项研究表明,北冰洋目前已成为全球海洋酸化的“重灾区”。历经9次北极考察,陈立奇团队基于过去20年来所有横穿北冰洋航次的数据集成和精细分析,发现北冰洋酸化水体正以每年1.5%的速度迅速扩张,预计酸化水体将在本世纪中叶覆盖整个北冰洋。


“北冰洋是我们观测到的第一个如此迅速且大范围、长时间酸化持续加重的大洋,比在太平洋和大西洋观测到的结果快4倍以上。”陈立奇说,北冰洋水体酸化加剧,或将对整个北极生态系统造成不可逆转的损害。


南大洋在快速变酸


位于地球最南端的南大洋环绕南极大陆,贯穿太平洋、大西洋和印度洋,不仅对全球气候变化起着关键调控作用,还是全球碳循环、营养盐循环和生态系统中的重要一环。


“然而有证据表明,南大洋水体也在快速变酸,其酸化程度紧随北冰洋之后。”祁第说,特殊的地理环境特征决定了南大洋海水酸化过程的调控机制与其他海区不尽相同,除受到全球气候环境的整体变化——大气二氧化碳浓度升高影响,也有其独特的海区特性。


自上世纪80年代首次南极考察以来,陈立奇团队对南大洋海域进行了系统观测监测,并对获取的大量资料开展集成研究。


据祁第介绍,由于文石的溶解度高,翼足类和珊瑚等以文石的碳酸钙为组成骨架支撑结构的生物,也将更快地受到海洋酸化的影响。因此,文石饱和度被选择用来评估海洋酸化对钙质生物的影响。通过研究,科研人员发现南大洋海水pH值和文石饱和度均出现不同程度的下降。预计到2100年,南大洋表层水pH值会降低0.3左右。普里兹湾、威德尔海等海区文石饱和度下降速率呈加快趋势,南大洋水体酸化的程度比想象中的更严重、更快速。


南大洋是通向深海的一扇窗户,全面掌握海水酸化的形成机制和因素,对于维护南极地区的生态系统安全至关重要。


“南大洋幅员辽阔,同时横跨三个大洋,邻近海冰区和西风带,气候条件恶劣,获取样品和数据十分不易,这也是制约南大洋酸化研究的一大瓶颈。”祁第说,与其他海域不同,造成南大洋水体酸化的因素极为复杂,诸如海水升温、西风增强、海冰变化、深层水涌升等,这些叠加变化对评估南大洋吸收二氧化碳能力和海洋酸化影响带来了很大的不确定性。


我国近海面临威胁


海水酸化在地球南北两极呈现出愈演愈烈之势,与之连通的各大洋及近岸海域所面临的形势同样不容乐观,海洋酸化带来的影响已经打破地理边界呈交互叠加和时空蔓延之势。


研究表明,随着海洋吸收二氧化碳量的增加,海洋酸化最终会引起海洋系统内一系列化学变化,从而影响到大多数海洋生物的生理、生长、繁殖、代谢与生存。


“这将给海洋生物的生存带来极大挑战。”陈立奇说,“研究表明,在pH值较低的海水中,贝类、甲壳类和棘皮动物等钙质生物会长得越来越小、外壳越来越厚,其作为饵料的价值也随之下降,这必将对贝类养殖业造成打击。”


我国是世界上最大的水产养殖国,海水酸化将不可避免地对全球及区域贝类产量造成负面影响。因此,急需开展相关科学研究,从生物、物理化学及古海洋领域等不同层面揭示海洋酸化效应,掌控我国近海水体酸化的趋势。


“近海与远洋水体酸化的过程与机制存在较大差异。”祁第说,“近海海洋生态系统与人类活动密切相关,摸清‘家门口’海水酸化状况,事关我国海洋生态环境安全,事关海洋经济健康可持续发展。”


今年,祁第研究组将研究区域延伸至西北太平洋。“通过大量数据集成,我们发现从1993年到2018年,西北太平洋文石饱和度下降明显,说明该区域上层海水也在发生快速酸化。”祁第说。


最近,一份黄海酸化研究报告阐释了我国近岸海域海水酸化程度。该研究表明,春季到秋季黄海温跃层以下发生快速严重酸化,主要驱动因素是季节性有机物分解释放二氧化碳强化酸化,其在数月内的环境效应相当于大洋表层未来100年的酸化进程,从而对水生生物产生较大的环境胁迫,易酿成灾害事件。


祁第解释说,该研究表明当文石饱和度小于1.5~1.6时,生态系统内将发生碳酸钙溶解,也就是说钙质类生物形成骨骼和外壳将更加困难。而实测数据表明,黄海夏秋季1/3区域文石饱和度小于1.5,严重威胁贝类等底栖钙质生物的生长和发育。根据上述研究,预计到2050年,黄海全年将出现文石饱和度小于1.5的现象,届时我国北方海域养殖业将遭受潜在海洋酸化的重大灾害影响。


携手合作应对挑战


海洋三所研究员詹力扬告诉记者,尽管我国科学家开展北冰洋酸化研究相对较晚,但取得了丰硕的成果。自第三次北极考察开始,船载走航二氧化碳观测系统正式投入使用,不仅可以观测海洋吸收二氧化碳的量和潜力的变化,还可以为评估海洋酸化提供重要数据。第四次北极科考开发的净群落生产力走航观测系统,扩展了生物过程对海洋酸化的影响研究和贡献评估。


“几年前我国提出了以北冰洋和北太平洋酸化为重点海区的观测网计划,并得到了相关国家的积极响应。2008年我国与欧盟、美国签署了关于共同研究海洋酸化的合作文件。此后历次北极考察中,相关各国的研究人员开展了持续合作。”陈立奇说,特别值得一提的是,中美两国海洋酸化合作研究还被列入中美第七、八轮战略与经济对话成果清单。


伴随着“一带一路”倡议的推进,我国与东盟国家及非洲国家的合作正紧锣密鼓地展开。“截至目前,我国已举办了三届海洋酸化研讨会,与相关国家分享酸化观测技术和研究成果及经验,提升共同应对全球气候变化的能力。”詹力扬说。


“在全球气候变化驱动下的海洋酸化没有国界,人类需要携手开展典型海域酸化实时监测,组建全球观测网,采取应对措施,构筑海洋生态屏障。”陈立奇说。


据了解,目前“典型海域海洋酸化评估”项目已经纳入自然资源部计划,未来科研人员将重点针对南北极区域、西太平洋及近岸海域开展全方位监测评估。

 

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