广东大亚湾海洋生态系统国家野外科学观测研究站
新闻公告李刚研究员接受《南方日报》采访： 全球海洋正不断酸化，怎么办
作者: 大亚湾站 更新时间: 2024-10-09
本文来自《南方日报》
刚刚过去的2024年夏天是“史上最热的夏天”，全球平均海面温度也连续刷新了同期纪录。而近日发布在《科学进展》杂志上的一份报告显示，全球海洋正不断酸化。
“又热又酸”的海洋，将走向何方？如果酸度持续增加，全球渔业可能逐步退化甚至崩溃；海洋酸度很可能成为9个“地球健康指标”中第7个超标的，科学家们认为，这提示地球的宜居性已岌岌可危。
海水为什么会变酸？会带来哪些后果？如何阻止海水变酸，挽救海洋和全球生态？记者采访了多位科学家。
与贝壳鱼类生长息息相关
想象这样一个场景：你是海洋中的一只贝类，需要用到海水中的碳酸盐和钙质来制造自己的躯壳；但是，海水中的碳酸盐和钙质越来越少，这意味着你的营生越来越艰难，体型可能一代比一代小……
这大概就是海里的“酸菜鱼”“酸菜虾”们面对的现状。
工业革命以来，人类活动的加剧使大气中的二氧化碳浓度迅速上升，而海洋大量吸收二氧化碳，正在加速酸化。海洋酸化不仅使海水的酸碱度（pH值）下降，还会降低海水中的碳酸钙饱和度。
中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室主任、研究员张干介绍，文石和方解石是碳酸钙的两种常见构型，文石饱和度实际上反映的是海水中碳酸钙的含量。“文石饱和度比方解石饱和度更敏感，同时，与pH值相比，文石饱和度能够更直观地反映海洋酸化对海洋生态系统的影响。”
文石是许多钙质生物（包括珊瑚、贝类、海绵、虾蟹等）的机体组成成分，是他们生存的必需品，因而文石饱和度能反映出海洋酸化对生物的影响。
“比如，海洋球石藻的表面有一层碳酸钙成分的外壳，很容易受酸化影响，在文石饱和度较低的海水中，海洋球石藻的外壳会难以生成，在高倍数显微镜下甚至能看到不规则的坑坑洼洼。”中国科学院南海海洋研究所大亚湾海洋生物综合实验站站长、研究员李刚介绍，海洋中的珊瑚以及贝类等动物都有类似的钙壳；珊瑚虫造出美丽珊瑚礁的过程，也是碳酸钙不断堆积的过程。
表层海洋文石饱和度的数值越低，表示海洋酸度越高，但在全球的不同纬度、不同海域，文石饱和度会有很大差异。“比如，在工业革命前的南海北部，表层海洋文石饱和度大约是3.5，而在纬度更高的日本海区域会在5左右。”中山大学海洋科学学院教授罗一鸣说，“但目前这些地区的数值都已降到3以下，下降非常明显。”
自2003年被首次提出以来，海洋酸化已成为当今国际海洋科学研究前沿领域的热点议题。据新华社报道，上述报告中的研究人员参考工业革命前3.44的水平，将表层海洋文石饱和度的安全阈值设置为2.75，而目前这一数值为2.8。
这也带来一个问题：在海洋酸化如此明显的今天，设置一个从2.8到2.75的“安全界限”，其科学意义到底有多大？
“我个人认为从科学的角度讲意义不大，更多是为了引起公众关注，有一定的社会价值。”罗一鸣直言。
包括海洋酸度在内，在学界有九个指标常被用来衡量地球的宜居性，或者说是地球的健康状况。其中，生物多样性、气候变化、新型实体（如新化学品和新生命形式）、生物地球化学流量等四个指标被认为“危险级别极高”； 土地变化和淡水利用指标也已“超过安全范围”，如今海洋酸度也已接近临界值。
“包括我在内，很多科学家提出了预测海洋酸度变化的模型。”罗一鸣介绍，根据模型，海洋酸化可能会达到一种新的平衡，与工业革命前的平衡略有不同，但差异不大，“如果仅采用目前的减排措施，想要通过自然过程让海洋酸度重新达到平衡，可能需要2000年甚至更多的时间。”
可能损害珊瑚礁和渔业
有人要问，为什么我们要关注贝壳、鱼类的发育？实际上，海洋酸化影响的是整个海洋生态链，而且将波及渔业，影响人类生存。
研究人员认为，表层海洋文石饱和度低于3时，一些海洋生物会承受生存压力；低于1时，贝壳会开始溶解。当然，在这个数字到达1之前，海洋生物和生态环境一定已经出现了大问题——
对钙质生物而言，文石饱和度降低会让它们更难获取海水中的碳酸钙，给生长繁殖带来困难。虾蟹个体变小、珊瑚白化，都可能与此相关。
更重要的是，越来越酸的海水环境给大多数生物带来负面影响。李刚介绍，像石莼这样大型的海藻，虽然不依赖碳酸钙，但如果环境变得更酸，比如pH值下降0.1或者0.2，其光合作用效率就会降低。
“藻类的光合作用效率降低，从大的尺度上看又会影响海洋吸纳二氧化碳的能力，导致大气中的二氧化碳更难被消除，形成一种恶性循环。”罗一鸣说。
不排除有少数生物可以从酸化的海水中获益。比如红藻门的龙须菜、硅藻门的海链藻等，海水中游离的二氧化碳就是它们的“食物”，更多的食物意味着它们能更不费力地进行光合作用。科学家们也发现，少数如海洋球石藻这样的藻类，能在不断繁衍和演化中（其一年可以繁衍500代）增加对酸性海水的适应能力。
但是，无论单个物种适应与否，对于整个生态系统而言，持续、大幅的酸度变化会打破原有的平衡状态，带来难以预测的、可能是灾难性的后果。
“比如，更适应酸化海水的某种或某几种藻类大量生长、繁殖，可能挤占其他藻类的生存空间，而不适应的种类则逐渐减少，甚至消失，导致生物多样性降低。”李刚说。
政府间气候变化专门委员会（IPCC）第五次评估报告指出，珊瑚、甲壳类动物、软体动物、脊椎动物（如鱼类）和棘皮动物（如海星和海胆）受到海洋酸化的影响较大。
以珊瑚为例，有研究人员在大堡礁南部一个名为“独树岛”的小珊瑚岛上做过实验，在流过珊瑚礁群落的海水中加入二氧化碳，增加海水酸度，结果发现珊瑚的钙化堆积进程减缓了34%。此外，海水酸化会影响珊瑚幼虫的主要附着基质——壳状珊瑚藻，导致珊瑚幼虫的生存更加困难，进一步削弱其建造珊瑚礁的能力。
2016年，澳大利亚东北端约克角白化的珊瑚死亡近半。澳大利亚政府认为，这与海洋酸化有密切关系。加上海水升温的影响，2016年至2024年间，大堡礁已出现5次大规模珊瑚白化和死亡事件。
而对人类和渔业而言，海水变酸同样影响巨大。浙江大学有关团队的一项研究表明，随着海水酸性增大，重金属镉显著富集于双壳贝类，如蓝青口、血蛤、文蛤中。另外一项研究也佐证了这个观点：到2100年，血碳酸过多症、二氧化碳中毒等很有可能会影响全球海洋近一半的鱼类。
应对海洋酸化也是应对全球变暖
面对全球海洋酸化，人类不会束手就擒。
在小尺度上，科学家们正尝试在海洋中增加各种抗酸物质，抵消酸化带来的影响。在上述的独树岛实验中，研究人员在海水里加入抗酸剂后，发现确实会加速珊瑚的钙化进程。
而在全球尺度上，有一类旨在大规模改造地球的工程被称为“地球工程”。其中一项，就是设想把橄榄石（一种镁铁硅酸盐矿物，世界上最常见的矿物之一）研磨成细粉、撒入水中，让橄榄石与水和二氧化碳反应，将大气中的碳以碳酸盐的形式固定下来，并逐步沉降到水中。
“这项工作目前还处于理论阶段，大亚湾站就正在开展这方面的研究和评估。”李刚说，“比如我们用200吨海水作为样本，往里面添加橄榄石或者其他碱性物质，研究总碱度的变化，以及对生态系统的一系列影响。”
像这样“脑洞大开”，希望逆转海洋酸化的思路还有不少。
对表层海洋的藻类而言，阳光、温度、营养盐是生长的三大要素，而前两者一般都足够，关键在营养盐。因此，有科学家提出在海中加入微量营养元素如铁和铝进行“施肥”，加速藻类生长，做大“海洋碳汇”；有科学家提出，把富含营养盐的深层海水输送到表层，同样能达到增加藻类生长、提升固碳能力的目的……
“在一些海带养殖区，科学家们在探索用人工上升流的方式把深层海水中的营养盐带到浅层，促进海带生长。尽管技术目前还不成熟，但我个人认为该技术的大规模使用只是时间问题。”李刚介绍。
除了考虑海洋固碳，也有不少人把目光投向陆地。增加森林面积、保护湿地、改用绿色能源……人类对抗全球变暖的一系列动作，实际上也是在应对海洋酸化。
面对全球海洋酸化，我们应当抱有希望。在历史上，人类确实曾经逆转过一项关键指标：臭氧。
臭氧层是拦截宇宙射线、保护地球的“卫士”，但上世纪人类曾大规模使用氯氟烃类物质（更为大众熟知的名字是“氟利昂”），导致大气中的臭氧浓度大减，南极上空出现一个臭氧层空洞。
所幸，全球人类迅速行动起来，签署《蒙特利尔议定书》及后续《基加利修正案》，非常有效地控制了氯氟烃类物质的排放。如今，臭氧空洞虽依然存在，但趋势已经好转。臭氧和空气污染，是上述九个地球健康指标中唯二还算健康的。
九个指标中，一些“报警”指标也可能影响其他的“安全”指标。罗一鸣说，以“生物地球化学流量”为例，其涉及到营养盐的循环，会影响海洋固碳能力，也就会影响海洋酸度、气候变化等指标。
“这些指标互相之间有很强的联系，比如化学品污染是‘新型实体’指标的重要组成部分，而其中的氯氟烃化学品，就是造成臭氧层空洞问题的主要元凶。”张干解释，如今全球每半分钟就有一个新化学品在申请专利，这些由人类创造的新化学品，有可能像氯氟烃一样带来严重的后果。
张干从事的正是化学品污染的相关研究。在他看来，这是一类更“防不胜防”的威胁：“举个例子，研究表明地球多数地区的雨水含有全氟辛烷磺酸等物质，而且含量超过内陆地表水标准和饮用水安全标准。天上降下来的雨水都超过饮用水指标，我们还能躲到哪里？”
全球同此凉热，海洋酸化是众多地球安全问题之一。几位专家一致认为，要加强科普和呼吁，提高公众的认知水平，限制不绿色、不环保的行为。
除了上述九大指标外，还有其他科学家提出了其他更具象的“指示物”，如澳大利亚珊瑚礁的破坏、亚马逊热带雨林的丧失、南极永久冻土的融化、北极海冰面积的减小等。“关注这些关键的生态环境变化信号，其实就是在关注地球的健康。当它们开始出问题，说明地球也正在出问题。”张干说。
采写：南方+记者 钟哲
策划：张志超